Clasificación de Instrumentos de Medicion En física, química e ingeniería, un instrumento de medición es un aparato que se usa para: “comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición. Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estándares o patrones y de la medición resulta un número que es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta conversión.”
Dos características importantes de un instrumento de medida son la precisión y la sensibilidad. Los físicos utilizan una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo sus mediciones. Desde objetos sencillos como reglas y cronómetros hasta microscopios electrónicos y aceleradores de partículas. Los instrumentos de medición existentes caen dentro de dos divisiones muy amplias: la medición lineal y la medición angular. Partiendo de dicha división se podrá encontrar una subdivisión: en medidores directos e indirectos para ambas categorías. La medición se puede dividir en directa (cuando el valor de la medida se obtiene directamente de los trazos) o indirecta (para obtener el valor de la medida necesitamos compararla con alguna referencia).
En el siguiente trabajo clasificamos los instrumentos de la siguiente manera: I) Para medir longitud: Flexometro Calibre micrómetro reloj comparador interferómetro II) Para medir masa: balanza báscula espectrómetro catarómetro III) Para medir tiempo: calendario cronómetro reloj reloj atómico datación radiométrica IV) Para medir ángulos: goniómetro sextante transportador
V) Para medir temperatura: termómetro termopar pirómetro VI) Para medir presión: barómetro manómetro tubo de Pitot anemómetro VII) Para medir flujo: caudalímetro VII) Para medir propiedades eléctricas: electrómetro amperímetro galvanómetro óhmetro voltímetro wattmetro multímetro
puente de Wheatstone osciloscopio
IX) Instrumentos Opticos X) Para medir magnitudes sin clasificar: colorímetro espectroscopio contador geiger radiómetro sismógrafo pHmetro pirheliómetro Medidores Altura Ind. de Caratula Verificación neumáticos Torquimetro, Dilatómetro Pasa – No pasa Otros
I - Para medición de Longitud - Flexómetro / Cinta métrica: Es el más común, de cinta metálica, muy útil, versátil y que no ocupa espacio porque se enrolla sobre sí mismo. Es el metro por excelencia por ser la herramienta más usada entre no profesionales. Tiene bastante exactitud y vale para tomar todo tipo de medidas de pequeña longitud. Para medir longitudes algo más largas una persona sola, conviene que la cinta metálica sea más ancha que la convencional y arqueada, para mantenerla recta sin que se doble. Los flexometros de fleje metálico, enrollables, suelen tener una longitud entre 1 a 10 metros, normalmente, los de material textil, suelen ser de mayor longitud de 10 a 50 m. Instrumentos básicos para medición de Longitud - Metro plegable / Metro de carpintero: Es muy habitual en carpintería, aunque se sigue utilizando, ésta herramienta de metro clásico de carpintero va desapareciendo y sustituyéndose por el metro de cinta metálica (“metro”). La ventaja de esta herramienta es que no se dobla cuando está desplegada. - Escuadra: La escuadra de carpintero es un clásico también muy utilizada por los carpinteros, porque aumenta la precisión del trazo y facilita el marcaje. Además, es perfecta para comprobar el ángulo de los ensamblajes y escuadrado de muebles. La idea es que sirva para medir ángulos rectos exactos (90º), insustituible, pues, además sirve para trazar líneas perpendiculares o a 45º respecto al canto de un tablero. Las hay regulables en ángulo, pero se puede perder exactitud en la posición de ángulo recto con respecto a las escuadras fijas. - Falsa escuadra: Se trata de una escuadra con distintas reglas que permite medir y trazar ángulos de distintas dimensiones. - Metro láser: Es el metro de última tecnología. Mide fácilmente y con una enorme precisión distancias de todo tipo basándose en la emisión de un rayo láser. Esta precisa herramienta es capaz de medir distancias superiores a 1.000 m y es muy fácil de transportar debido a su ligereza y pequeño tamaño. Su único inconveniente es su elevado precio para un aficionado.
Calibrador o Vernier El calibrador vernier es uno de los instrumentos mecánicos para medición lineal de exteriores, medición de interiores y de profundidades más ampliamente utilizados. Se creé que la escala vernier fue inventado por un portugués llamado Petrus Nonius. El calibrador vernier actual fue desarrollado después, en 1631 por Pierre Vernier. El vernier o nonio que poseen los calibradores actuales permiten realizar fáciles lecturas hasta 0.05 o 0.02 mm y de 0.001” o 1/128” dependiendo del sistema de graduación a utilizar (métrico o inglés). Este instrumento fue elaborado para satisfacer la necesidad de un instrumento de lectura fácil en una sola operación. El calibrador típico puede tomar tres tipos de mediciones: interiores, exteriores y profundidades. Pero existen algunos que pueden realizar mediciones de peldaño.
APLICACIONES Las principales aplicaciones de un vernier estándar son comúnmente: medición de exteriores, de interiores, de profundidades y en algunos calibradores dependiendo del diseño medición de escalonamiento. La exactitud de un calibrador vernier se debe principalmente a la exactitud de la graduación de sus escalas, el diseño de las guías del cursor, el paralelismo y perpendicularidad de sus palpadores, la mano de obra y la tecnología en su proceso de fabricación. Normalmente los calibradores vernier tienen un acabado en cromo satinado el cual elimina los reflejos, se construyen en acero inoxidable con lo que se reduce la corrosión o bien en acero al carbono, la dureza de las superficies de los palpadores oscila entre 550 y 700 vickers dependiendo del material usado y de lo que establezcan las normas. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El valor de cada graduación de la escala del vernier se calcula considerando el valor de cada graduación de la escala principal divido entre el número de graduaciones del vernier. L=d/n Donde: L
d =Valor de cada graduación en la escala principal, n=Número de graduaciones del vernier =
Legibilidad,
Calibrador común (Tipo M).- Sólo consta de los palpadores para exteriores, de la regleta, y el nonio. Es utilizado en donde se requiere de rapidez y constantes mediciones, La fig. 3.17 muestra la nomenclatura para las partes de un calibrador vernier tipo M (llamado calibrador con barra de profundidades), como en el caso de inspecciones al final de la línea de producción.
Calibrador tipo M.- Formado solamente por los palpadores para interiores y la bayoneta. Aplicado para saber diámetros de tuberías y profundidades en huecos de instalaciones eléctricas, neumáticas, e hidráulicas. Calibrador tipo CM.- La fig. 3.18 muestra un Calibrador Vernier tipo CM. Como puede observarse tiene un cursor abierto y está diseñado en tal forma en que las puntas de medición de exteriores pueden utilizarse para medición de interiores este tipo por lo general cuenta con un dispositivo de ajuste para el movimiento fino del cursor. Utilizado en laboratorios de calibración simples, y en trabajos en la industria metal-mecánica.
Tipos con aditamentos especiales. • Calibrador digital.- Utiliza un sistema electrónico que funciona en relación directa con una escala registrada por un elemento sensor, pero también por el desplazamiento registrado cuando se modifica un resistencia variable a partir de una referencia. La lectura es presentada en una pantalla alfanumérica y puede ser configurado para presentar sus lecturas en submúltiplos de las escalas más utilizadas. • Calibrador de carátula.- Consta de una escala al modo de un reloj, la aguja es movida por un mecanismo, basado en engranes, en relación con una cremallera a lo largo de la regleta. La lectura es muy fácil de obtener.
Medición de interior
Medición de exterior
Medición profundidad
de
Medición de escalón
El calibre pie de rey está por lo general fabricado en material de acero inoxidable templado y cromados en mate, el cual le da una calidad especial, también son fabricados en plástico y otros materiales pero éstos son de menor calidad y precisión. En las últimas generaciones de calibres interviene el plástico, sobre todo en los de reloj analógico y digitales.
Micrómetro El micrómetro (del griego micros, pequeño, y metron, medición), también llamado Tornillo de Palmer, es un instrumento de medición cuyo funcionamiento está basado en el tornillo micrométrico y que sirve para medir las dimensiones de un objeto con alta precisión, del orden de centésimas de milímetros (0,01 mm) y de milésimas de milímetros (0,001 mm).
Para ello cuenta con 2 puntas que se aproximan entre sí mediante un tornillo de rosca fina, el cual tiene grabado en su contorno una escala. La escala puede incluir un nonio. La máxima longitud de medida del micrómetro de exteriores normalmente es de 25 mm aunque existen también los de 0 a 30, por lo que es necesario disponer de un micrómetro para cada campo de medidas que se quieran tomar (0-25 mm), (25-50 mm), (50-75 mm), etc. Frecuentemente el micrómetro también incluye una manera de limitar la torsión máxima del tornillo, dado que la rosca muy fina hace difícil notar fuerzas capaces de causar deterioro de la precisión del instrumento.
El principio de funcionamiento o de operación de un micrómetro se basa en que, si un tornillo montado en una tuerca fija se hace girar, el desplazamiento de éste en el sentido longitudinal, es proporcional al giro dado Todos los tornillos micrométricos empleados en el sistema métrico decimal tienen una longitud de 25 mm, con un paso de rosca de 0,5 mm, de modo que girando el tambor una vuelta completa el palpador avanza o retrocede 0,5 mm. El micrómetro tiene una escala longitudinal, línea longitudinal que sirve de fiel, que en su parte superior presenta las divisiones de milímetros enteros y en la inferior las de los medios milímetros, cuando el tambor gira deja ver estas divisiones. En la superficie del tambor tiene grabado en toda su circunferencia 50 divisiones iguales, indicando la fracción de vuelta que ha realizado, una división equivale a 0,01 mm. Para realizar una lectura, nos fijamos en la escala longitudinal, sabiendo así la medida con una apreciación de 0,5 mm, el exceso sobre esta medida se ve en la escala del tambor con una precisión de 0,01 mm.
Micrómetro con nonio
Micrómetro con nonio, indicando 5,783 mm Una variante de micrómetro un poco más sofisticado, además de las dos escalas anteriores tiene un nonio, en la fotografía, puede verse en detalle las escalas de este modelo, la escala longitudinal presenta las divisiones de los milímetros y de los medios milímetro en el lado inferior de la línea del fiel, la escala del tambor tiene 50 divisiones, y sobre la línea del fiel presenta una escala nonio de 10 divisiones numerada cada dos, la división de referencia del nonio es la línea longitudinal del fiel. En la imagen, la tercera división del nonio coincide con una división de la escala del tambor, lo que indica que la medida excede en 3/10 de las unidades del tambor. Esto es, en este micrómetro se aprecia: en la escala longitudinal la división de 5 mm, la subdivisión de medio milímetro, en el tambor la línea longitudinal del fiel coincide por defecto con la división 28, y en el nonio su tercera división esta alineada con una división del tambor, luego la medida es: 5 + 0,5 + 0,28 + 0,003 = 5,783 El principio de funcionamiento del micrómetro es el tornillo, que realizando un giro más o menos amplio da lugar a un pequeño avance, y las distintas escalas, una regla, un tambor y un nonio, permiten además un alto grado de apreciación, como se puede ver. El micrómetro es un dispositivo ampliamente usado en ingeniería mecánica, para medir con precisión grosor de bloques medidas internas y externas de ejes y profundidades de ranuras. Los micrómetros tienen varias ventajas respecto a otros instrumentos de medida como el vernier y el calibrador: son fáciles de usar y sus lecturas son consistentes . Existen tres clases de micrometros basados en su aplicación. o Micrómetro interno o Micrómetro externo o Micrómetro de profundidad Un micrómetro externo es usado típicamente para medir alambres esferas ejes y bloques. Un micrómetro interno se usa para medir huecos abiertos, y el micrómetro de profundidad tipicamente como su nonbre indica. La precisión del micrómetro es lograda por un mecanismo de tornillo con un hilo de paso muy fino .
Micrómetro de profundidad En los procesos de fabricación mecánica de precisión, especialmente en el campo de rectificados se utilizan varios tipos de micrómetros de acuerdo a las características que tenga la pieza que se está mecanizando.
Micrómetro de exteriores estándar Micrómetro de exteriores con platillo para verificar engranajes Micrómetro de exteriores digitales para medidas de mucha precisión Micrómetros exteriores de puntas para la medición de roscas Micrómetro de interiores para la medición de agujeros Micrómetro para medir profundidades (sonda) Micrómetro con reloj comparador Micrómetro especial para la medición de roscas exteriores
Cuando se trata de medir medidas de mucha precisión y muy poca tolerancia debe hacerse en unas condiciones de humedad y temperatura controlada.
Reloj comparador El reloj comparador es un instrumento de medición que se utiliza en los talleres e industrias para la verificación de piezas y que por sus propios medios no da lectura directa, pero es útil para comparar las diferencias que existen en la cota de varias piezas que se quieran verificar. La capacidad para detectar la diferencia de medidas es posible gracias a un mecanismo de engranajes y palancas, que van metidos dentro de una caja metálica de forma circular. Dentro de esta caja se desliza un eje, que tiene una punta esférica que hace contacto con la superficie. Este eje al desplazarse mueve la aguja del reloj, haciendo posible la lectura directa y fácil de las diferencias de medida.
La precisión de un reloj comparador puede ser de centésimas de milímetros o incluso de milésimas de milímetros micras según la escala a la que esté graduado. También se presentan en milésimas de pulgada. El mecanismo se basa en transformar el movimiento lineal de la barra deslizante de contacto en movimiento circular que describe la aguja del reloj. El reloj comparador tiene que ir incorporado a una galga de verificación o a un soporte con pie magnético que permite colocarlo en la zona de la máquina que se desee. Es un instrumento muy útil para la verificación de diferentes tareas de mecanizado, especialmente la excentricidad de ejes de rotación.
Interferómetro El interferómetro es un instrumento que emplea la interferencia de las ondas de luz para medir con gran precisión longitudes de onda de la luz misma. Hay muchos tipos de interferómetros, en todos ellos se utilizan dos haces de luz que recorren dos trayectorias ópticas distintas, determinadas por un sistema de espejos y placas que, finalmente, convergen para formar un patrón de interferencia.
Usos de interferómetro Medición de la longitud de onda de la luz Para medir la longitud de onda de un rayo de luz monocromática se utiliza un interferómetro dispuesto de tal forma que un espejo situado en la trayectoria de uno de los haces de luz puede desplazarse una distancia pequeña, que puede medirse con precisión, con lo que es posible modificar la trayectoria óptica del haz. Cuando se desplaza el espejo una distancia igual a la mitad de la longitud de onda de la luz, se produce un ciclo completo de cambios en las franjas de interferencia. La longitud de onda se calcula midiendo el número de ciclos que tienen lugar cuando se mueve el espejo una distancia determinada.
Medición de distancias Cuando se conoce la longitud de onda de la luz empleada, pueden medirse distancias pequeñas en la trayectoria óptica analizando las interferencias producidas. Esta técnica se emplea, por ejemplo, para medir el contorno de la superficie de los espejos de los telescopios.
Medición de índices de refracción Los índices de refracción de una sustancia también pueden medirse con un interferómetro, y se calculan a partir del desplazamiento en las franjas de interferencia causado por el retraso del haz.
II – Para medición de Masa Balanza La balanza (del latín: bis, dos, lanx, plato) es una palanca de primer género de brazos iguales que mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos permite medir masas. Al igual que una romana, o una báscula, es un instrumento de medición que permite medir la masa de un objeto. Para realizar las mediciones se utilizan patrones de masa cuyo grado de exactitud depende de la precisión del instrumento. Al igual que en una romana, pero a diferencia de una báscula o un dinamómetro, los resultados de las mediciones no varían con la magnitud de la aceleración de la gravedad. El rango de medida y precisión de una balanza puede variar desde varios kilos (con precisión de gramos), en balanzas industriales y comerciales; hasta unos gramos (con precisión de miligramos) en balanzas de laboratorio. La evolución de las balanzas en los últimos tiempos ha sido radical, pues se ha pasado de utilizar las balanzas tradicionales, de funcionamiento mecánico, a balanzas electrónicas de lectura directa y precisa. Uso de la balanza La principal utilidad de las balanzas es para pesar los alimentos que se venden a granel, al peso: carne, pescado, frutas, etc. Estas balanzas llevan incorporado una máquina calculadora donde el vendedor introduce el precio de la materia que pesa y realiza automáticamente el cálculo del coste, que el cliente puede ver en una pantalla, y al final de la compra emite una factura de todas las mercancías pesadas. Otro uso importante de las balanzas es para pesar pequeñas cantidades de masa que se utiliza en los laboratorios para hacer pruebas o análisis de determinados materiales. Estas balanzas destacan por su gran precisión. En los hogares también hay, a menudo, pequeñas balanzas para pesar los alimentos que se van a cocinar según las indicaciones de las recetas culinarias.
Báscula La báscula, también llamada en algunos lugares pesa, juntamente con la romana y la balanza son los tres instrumentos u operadores técnicos que se han diseñado e inventado para el peso de masas. La báscula fue el operador que se inventó para pesar las masas que no se podían pesar en las romanas, bien porque fuesen demasiado pesadas o bien porque no se pudiesen colgar de los ganchos de las romanas. Así que lo característico de las básculas es que tienen una plataforma a ras de suelo, donde resulta fácil colocar la masa que se quiere pesar. El sistema original de funcionamiento estaba basado en un juego de palancas que se activaban al colocar la masa en la plataforma y que luego se equilibraba con el desplazamiento de un pilón a lo largo de una barra graduada donde se leía el peso de la masa. Esta facilidad para poner masas grandes y pesadas encima de la plataforma es lo que ha hecho posible construir básculas con una capacidad de peso muy grande que son utilizadas para pesar camiones de gran tonelaje.
Tipos de básculas Con el tiempo las básculas han evolucionado mucho y hoy día ya funcionan con métodos y sistemas electrónicos dando una lectura rápida y directa del peso de la masa. Actualmente hay varios tipos de básculas que son bastante representativas:
Básculas de baño. Se encuentran en muchos hogares y son un elemento muy útil y rápido para conocer el peso de las personas que habitan en el hogar.
Básculas para pesar personas en farmacias. Son básculas muy sofisticadas que introduciendo una moneda, pesan, miden y cálculan el peso ideal que corresponde.
Báscula para pesar mercancías en empresas y almacenes: Son básculas cuya plataforma está a ras de suelo, y permiten pesar de forma rápida y directa las mercancías que maneja una empresa, hay básculas de diferentes capacidades de peso.
Báscula para pesar camiones. Son básculas de gran capacidad de peso que se instalan en la entrada de muchas empresas y en las carreteras para pesar directamente a los camiones que acceden a las empresas o controlarlos en las carreteras por si llevan exceso de carga.
Báscula para pesar graneles. También llamada Bulk Weighing (pesaje en continuo por ciclos) Son básculas intercaladas en cintas transportadoras de materiales a granel. El sistema consta de dos tolvas en línea vertical. La superior tiene por objeto almacenar material mientras se produce el pesado del contenido de la tolva inferior. Una vez efectuado el mismo el granel es liberado a la cinta transportadora y cuando la tolva se vacía se vuelve a llenar con el material acumulado en la tolva superior.
Báscula de dosificación. Son básculas normalmente en forma de tolva suspendida por células de carga. A dicha tolva le llegan unos sinfines cuyos motores están controlados por un visor dosificador que puede realizar una formula con varios componentes.
Espectrómetro de masa La espectrometría de masas es una técnica experimental que permite la medición de iones derivados de moléculas. El espectrómetro de masas es un instrumento que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga (m/z). Puede utilizarse para identificar los diferentes elementos químicos que forman un compuesto, o para determinar el contenido isotópico de diferentes elementos en un mismo compuesto. Con frecuencia se encuentra como detector de un cromatógrafo de gases, en una técnica híbrida conocida por sus iniciales en inglés, GC-MS. El espectrómetro de masas mide razones carga/masa de iones, calentando un haz de material del compuesto a analizar hasta vaporizarlo e ionizar los diferentes átomos. El haz de iones produce un patrón específico en el detector, que permite analizar el compuesto. En la industria es altamente utilizado en el análisis elemental de semiconductores, biosensores y cadenas poliméricas complejas.
Catarómetro Un catarómetro es un instrumento utilizado para la determinación de la composición de una mezcla de gas.
El equipo se compone de dos tubos paralelos que contienen el gas de las bobinas de calefacción. Los gases son examinados comparando el radio de pérdida de calor de las bobinas de calefacción en el gas. Las bobinas son dispuestas dentro de un circuito de puente que tiene resistencia a los cambios debido al desigual enfriamiento que puede ser medido. Un canal contiene normalmente una referencia del gas y la mezcla que se probará se pasa a través del otro canal.
El principio de funcionamiento se basa en la conductividad térmica de un gas, que es inversamente proporcional con su peso molecular. Puesto que varios de los componentes de las mezclas de gas tienen masa generalmente diversa es posible estimar las concentraciones relativas. El hidrógeno tiene aproximadamente seis partes de la conductividad del nitrógeno por ejemplo.
Los catarómetros se utilizan médicamente para el análisis del funcionamiento pulmonar y en la cromatografía de gases. Los resultados son más lentos de obtener comparado al del espectrómetro de masa, pero el dispositivo es económico, y tiene buena exactitud cuando de gases se trata, y es solamente la proporción que debe ser determinada.
III – Para medición de Tiempo Calendario El calendario (del latín calenda) es una cuenta sistematizada del tiempo para la organización de las actividades humanas. Antiguamente estaba basado en los ciclos lunares. En la actualidad, los diversos calendarios tienen base en el ciclo que describe la Tierra alrededor del Sol y se denominan calendarios solares. El calendario sideral se basa en el movimiento de otros astros diferentes al Sol.
Cronómetro El cronómetro es un reloj o una función de reloj para medir fracciones temporales, normalmente breves y precisas. La palabra cronómetro es un neologismo de etimología griega: Χρόνος Cronos es el dios del tiempo, μετρον -metron es hoy un sufijo que significa '[aparato] para medir'.1
El funcionamiento usual de un cronómetro, consiste en empezar a contar desde cero al pulsarse el mismo botón que lo detiene. Además habitualmente puedan medirse varios tiempos con el mismo comienzo y distinto final. Para ello se congela los sucesivos tiempos con un botón distinto, normalmente con el de reinicio, mientras sigue contando en segundo plano hasta que se pulsa el botón de comienzo. Para mostrar el segundo tiempo o el tiempo acumulado, se pulsa reset o reinicio. Los cronómetros pueden activarse con métodos automáticos, con menor margen de error y sin necesidad de un actor. Algunos de estos sistemas son: el corte de un haz luminoso o la detección de un transceptor. También en los ciclocomputadores se usa un cronómetro automático activado por el movimiento de la rueda. Son habituales las medidas en centésimas de segundo, como en los relojes de pulsera o incluso milésimas de segundo. Está extendido su uso en competiciones deportivas, así como en ciencia y tecnología.
Reloj Se denomina reloj a un instrumento que permite medir el tiempo. Existen diversos tipos, que se adecuan según el propósito:
Conocer la hora actual (reloj de pulso, reloj de bolsillo, reloj de salón o pared) Medir la duración de un suceso (cronómetro, reloj de arena) Señalar las horas por sonidos parecidos a campanadas o pitidos (reloj de péndulo, reloj de pulso con bip a cada hora) Activar una alarma en cierta hora específica (reloj despertador)
Los relojes se utilizan desde la antigüedad. A medida que ha ido evolucionando la ciencia y la tecnología de su fabricación, han ido apareciendo nuevos modelos con mayor precisión, mejor prestancia y menor coste de fabricación. Es quizá uno de los instrumentos más populares que existen actualmente y casi todas las personas disponen de uno o varios relojes personales de pulsera. Mucha gente, además de la utilidad que los caracteriza, los ostentan como símbolo de distinción, por lo que hay marcas de relojes muy finas y lujosas. La mayor precisión conseguida hasta ahora es la del último reloj atómico desarrollado por la Oficina Nacional de Normalización (NIST) de los EE.UU., el NIST-F1, puesto en marcha en 1999, es tan exacto que tiene un margen de error de solo un segundo cada 30 millones de años.
Reloj atómico Se denomina reloj atómico a un reloj cuyo funcionamiento se basa en la frecuencia de una vibración atómica. Un reloj atómico es un tipo de reloj que utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal para alimentar su contador. Los primeros relojes atómicos tomaban su referencia de un Máser. Las mejores referencias atómicas de frecuencia (o relojes) modernas se basan en físicas más avanzadas que involucran átomos fríos y las fuentes atómicas. Las agencias de las normas nacionales mantienen una exactitud de 10 -9 segundos por día, y una precisión igual a la frecuencia del transmisor de la radio que bombea el máser. Los relojes atómicos mantienen una escala de tiempo continua y estable, el Tiempo Atómico Internacional (TAI). Para el uso cotidiano, se disemina otra escala de tiempo, el Tiempo Universal Coordinado (UTC). El UTC se deriva del TAI, pero se sincroniza usando segundos de intercalación con el Tiempo Universal (UT1), el cual se basa en el paso del día y la noche según las observaciones astronómicas.
Datación radiométrica La datación radiométrica es el procedimiento técnico empleado para determinar la edad absoluta de rocas, minerales y restos orgánicos. En los tres casos se analizan las proporciones de un isótopo padre y un isótopo hijo de los que se conoce su semivida o vida media. Ejemplos de estos pares de isótopos radiactivos pueden ser el K/Ar, U/Pb, Rb/Sr, Sm/Nd, etc. La Datación por radiocarbono (basada en la desintegración del isótopo carbono-14) es comúnmente utilizada para datación de restos orgánicos relativamente recientes. El isótopo usado depende de la antigüedad de las rocas o restos que se quieran datar. Por ejemplo, para restos orgánicos de hasta 60.000 años se usa el carbono-14, pero para rocas de millones de años se usan otros isótopos de semivida más larga. Ecuación de datación
Considerando el decaimiento radioactivo producido en los elementos inestables para convertirse en estables, se tiene una expresión matemática que relacionan los períodos de semidesintegración y el tiempo geológico tal que: P = Número de isótopos en la muestra original donde t = Edad de la muestra D = Número de atómos que han decaído radioactivamente
λ = periodo de semidesintegración del isótopo padre ln = Logaritmo neperiano
IV - Para medición de Ángulos Goniómetro Un goniómetro es un instrumento de medición con forma de semicírculo o círculo graduado en 180º o 360º, utilizado para medir o construir ángulos. Este instrumento permite medir ángulos entre dos objetos, tales como dos puntos de una costa, o un astro tradicionalmente el Sol- y el horizonte. Con este instrumento, si el observador conoce la elevación del Sol y la hora del día, puede determinar con bastante precisión la latitud a la que se encuentra, mediante cálculos matemáticos sencillos de efectuar. También se le puede llamar sextante. Este instrumento, que reemplazó al astrolabio por tener mayor precisión, ha sido durante varios siglos de gran importancia en la navegación marítima, hasta que en los últimos decenios del siglo XX se impusieron sistemas más modernos, sobre todo la determinación de la posición mediante satélites. El nombre sextante proviene de la escala del instrumento, que abarca un ángulo de 60 grados, o sea, un sexto de un círculo completo. Existe un instrumento llamado goniofotómetro, fotogoniómetro o fotómetro de celda móvil, que mide la intensidad luminosa emitida por una fuente de luz (generalmente de tipo artificial) a diferentes ángulos, se utiliza para conocer la curva de distribución luminosa, la cual describe el comportamiento de la fuente de luz.
Sextante El sextante es un instrumento que permite medir ángulos entre dos objetos tales como dos puntos de una costa o un astro tradicionalmente, el Sol- y el horizonte. Conociendo la elevación del Sol y la hora del día se puede determinar la latitud a la que se encuentra el observador. Esta determinación se efectúa con bastante precisión mediante cálculos matemáticos sencillos de aplicar. Este instrumento, que reemplazó al astrolabio por tener mayor precisión, ha sido durante varios siglos de gran importancia en la navegación marítima, inclusive en la navegación aérea también, hasta que en los últimos decenios del siglo XX se impusieron sistemas más modernos, sobre todo, la determinación de la posición mediante satélites. El nombre sextante proviene de la escala del instrumento, que abarca un ángulo de 60 grados, o sea, un sexto de un círculo completo.
Transportador Un transportador es un instrumento de medición de ángulos en grados que viene en dos presentaciones básicas:
Transportador con forma circular en sistema centesimal y amplitud de 400g
Transportador con forma semicircular graduado en 180° (grados sexagesimales) o 200g (grados centesimales). Es más común que el circular, pero tiene la limitación de que al medir ángulos cóncavos (de más de 180° y menos de 360°), se tiene que realizar una doble medición.
Transportador con forma circular graduado en 360°, o 400 g.
En Francia y en Estados Unidos se usa una división de la circunferencia en 400 grados centesimales, por lo que existen en esos países transportadores en los que se observa cada cuarto de círculo o cuadrante una división de 100 grados centesimales. Para trazar un ángulo en grados, se sitúa el centro del transportador en el vértice del ángulo y se alinea la parte derecha del radio (semirrecta de 0º) con el lado inicial. Enseguida se marca con un lápiz el punto con la medida del ángulo deseada. Finalmente se retira el transportador y se traza con la regla desde el vértice hasta el punto previamente establecido o un poco más largo según se desee el lado terminal del ángulo. Para medir un ángulo en grados, se alinea el lado inicial del ángulo con el radio derecho del transportador (semirrecta de 0°) y se determina, en sentido contrario al de las manecillas del reloj, la medida que tiene, prolongando en caso de ser necesario los brazos del ángulo por tener mejor visibilidad. Aun cuando pocas personas distinguen la diferencia entre un transportador correctamente graduado y otro que no lo sea, para que el transportador se considere correcto debe iniciar con el cero del lado derecho e ir de 10 en 10 grados en sentido contrario al de las manecillas del reloj. Para trazar ángulos en una hoja de cuaderno, conviene un transportador de 360° del tamaño más pequeño, y para trazar ángulos en el pintarrón, conviene uno de 360° del más grande que haya, pues en el estuche geométrico didáctico de madera, viene en sentido contrario la graduación además de que solo viene en 180°.
V – Para medición de Temperatura Termómetro El termómetro es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente desde que se empezaron a fabricar los termómetros electrónicos digitales. Los termómetros iniciales que se fabricaron se basaban en el principio de la dilatación, por lo que se prefiere el uso de materiales con un coeficiente de dilatación alto de modo que, al aumentar la temperatura, la dilatación del material sea fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio encerrado en un tubo de cristal que incorporaba una escala graduada. En el mes de julio de 2007 el Gobierno de España ha decretado la prohibición de fabricar termómetros de mercurio por su efecto contaminante. El creador del primer termoscopio fue Galileo Galilei; éste podría considerarse el predecesor del termómetro. Consistía en un tubo de vidrio que terminaba con una esfera en su parte superior que se sumergía dentro de un líquido mezcla de alcohol y agua. Al calentar el agua , ésta comenzaba a subir por el tubo. Sanctorius incorporó una graduación numérica al instrumento de Galilei, con lo que surgió el termómetro.
Tipos de termómetros
Termómetro de mercurio: es un tubo de vidrio sellado que contiene un líquido, generalmente mercurio, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se visualiza en una escala graduada que por lo general está dada en grados celsius. El termómetro de mercurio fue inventado por Fahrenheit en el año 1714. Termómetro de lámina bimetálica: Formado por dos láminas de metales de coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficiente más alto en el interior. Se utiliza sobre todo como sensor de temperatura en el termohigrógrafo. Termómetro de gas: Pueden ser a presión constante o a volumen constante. Este tipo de termómetros son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros. Termómetro de resistencia: consiste en un alambre de algún metal (como el platino) cuya resistencia eléctrica cambia cuando cambia la temperatura. Termistor: Se detecta la temperatura con base a un termistor que varía el valor de su resistencia eléctrica en función de la temperatura. Un ejemplo son los termómetros que hacen uso de integrados como el LM35 (el cual contiene un termistor). Las pequeñas variaciones de tensión entregadas por el integrado son acopladas para su posterior procesamiento por algún conversor analógico-digital para convertir el valor de la tensión a un número binario. Posteriormente se despliega la temperatura en un visualizador.
Los termómetros digitales son aquellos que usan alguno de los efectos físicos mencionados anteriormente y donde luego se utiliza un circuito electrónico para medir la temperatura y luego mostrarla en un visualizador.
Termopar Un termopar es un dispositivo formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia.
En Instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener. El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefacción a gas.
Modalidades de termopares Los termopares están disponibles en diferentes modalidades, como sondas. Estas últimas son ideales para variadas aplicaciones de medición, por ejemplo, en la investigación médica, sensores de temperatura para los alimentos, en la industria y en otras ramas de la ciencia, etc. A la hora de seleccionar una sonda de este tipo debe tenerse en consideración el tipo de conector. Los dos tipos son el modelo estándar, con pines redondos y el modelo miniatura, con pines chatos, siendo estos últimos (contradictoriamente al nombre de los primeros) los más populares.
Tipos de termopares
Tipo K (Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleación de Ni -Al) Alumel): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200º C a +1.372º C y una sensibilidad 41µV/° C aprox. Posee buena resistencia a la oxidación. Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/° C. Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760º C ya que una abrupta transformación magnética causa una descalibración permanente. Tienen un rango de -40º C a +750º C y una sensibilidad de ~52 µV/° C. Es afectado por la corrosión. Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/° C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300º C).
Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800º C. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0º C y 42º C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando así su uso a temperaturas por encima de 50º C. Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.300º C. Su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su elevado precio quitan su atractivo. Tipo S (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300º C, pero su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43° C).
Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar.
Pirómetro Un pirómetro, también llamado pirómetro óptico, es un dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella. El término se suele aplicar a aquellos instrumentos capaces de medir temperaturas superiores a los 600 grados celsius. El rango de temperatura de un pirómetro se encuentra entre -50 grados celsius hasta +4000 grados celsius. Una aplicación típica es la medida de la temperatura de metales incandescentes en molinos de acero o fundiciones.
Principio Básico Cualquier objeto con una temperatura superior a los 0 grados kelvin emite radiación térmica. Esta radiación será captada y evaluada por el pirómetro. Cuando el objeto de medida tiene una temperatura inferior al pirómetro, es negativo el flujo de radiación. De todas formas se puede medir la temperatura. Uno de los pirómetros más comunes es el pirómetro de absorción-emisión, que se utiliza para determinar la temperatura de gases a partir de la medición de la radiación emitida por una fuente de referencia calibrada, antes y después de que esta radiación haya pasado a través del gas y haya sido parcialmente absorbida por éste. Ambas medidas se hacen en el mismo intervalo de las longitudes de onda. Para medir la temperatura de un metal incandescente, se observa éste a través del pirómetro, y se gira un anillo para ajustar la temperatura de un filamento incandescente proyectado en el campo de visión. Cuando el color del filamento es idéntico al del metal, se puede leer la temperatura en una escala según el ajuste del color del filamento.
VI – Medición de Presión Barómetro Un barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera.
Los primeros barómetros estaban formados por una columna de líquido encerrada en un tubo cuya parte superior está cerrada. El peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso de la atmósfera. Los primeros barómetros fueron realizados por el físico y matemático italiano Evangelista Torricelli en el siglo XVII. La presión atmosférica equivale a la altura de una columna de agua de unos 10 m de altura. En los barómetros de mercurio, cuya densidad es 13.6 veces mayor que la del agua, la columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica al nivel del mar en un día despejado es de aproximadamente unos 760 mm. Los barómetros son instrumentos fundamentales para medir el estado de la atmósfera y realizar predicciones meteorológicas. Las altas presiones se corresponden con regiones sin precipitaciones, mientras que las bajas presiones son indicadores de regiones de tormentas y borrascas. La unidad de medida de la presión atmosférica que suelen marcar los barómetros se llama hectopascal, de abreviación (hPa).
Tipos de barómetros [editar]
El barómetro aneroide es un barometro que no utiliza mercurio. Indica las variaciones de presión atmosférica por las deformaciones más o menos grandes que aquélla hace experimentar a una caja metálica de paredes muy elásticas en cuyo interior se ha hecho el vacío más absoluto. Se gradúa por comparación con un barómetro de mercurio pero sus indicaciones son cada vez más inexactas por causa de la variación de la elasticidad del resorte metálico. Fue inventado por Lucien Vidie en 1844.1
Los altímetros barométricos utilizados en aviación son esencialmente barómetros con la escala convertida a metros o pies de altitud. Del barómetro se deriva un instrumento llamado barógrafo, que registra las fluctuaciones de la presión atmosférica a lo largo de un periodo de tiempo mediante una técnica muy similar a la utilizada en los sismógrafos.
Manoscopio Un shegyscopio o manómetro es un instrumento de medición que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y los de gases.
Los manómetros de líquidos emplean, por lo general, como líquido manométrico el mercurio, que llena parcialmente un tubo en forma de U. El tubo puede estar abierto por ambas ramas o abierto por una sola. En ambos casos la presión se mide conectando el tubo al recipiente que contiene el fluido por su rama inferior abierta y determinando el desnivel h de la columna de mercurio entre ambas ramas. Si el manómetro es de tubo abierto es necesario tomar en cuenta la presión atmosférica p0 en la ecuación:
Si es de tubo cerrado, la presión vendrá dada directamente por p = ρ·g·h. Los manómetros de este segundo tipo permiten, por sus características, la medida de presiones elevadas. En los manómetros metálicos la presión da lugar a deformaciones en una cavidad o tubo metálico, denominado tubo de Bourdon en honor a su inventor. Estas deformaciones se transmiten a través de un sistema mecánico a una aguja que marca directamente la presión sobre una escala graduada.
Tubo Pitot El tubo de Pitot, inventado por el ingeniero y físico francés Henri Pitot, sirve para calcular la presión total, también llamada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica). En el punto (1) del esquema, embocadura del tubo, se forma un punto de estancamiento, la velocidad allí (v1) es nula, y la presión según la ecuación de Bernoulli aumenta hasta:
Siendo:
v0 y p0 = presión y velocidad de la corriente imperturbada.
pt = presión total o de estancamiento.
Aplicando la misma ecuación entre las secciones (1) y (2), considerando que v1 = v2 = 0, se tiene: luego:
Siendo:
y2 - y1 = L (lectura en el tubo piezométrico)
Esta es llamada la expresión de Pitot.
Anemómetro El anemómetro es un aparato meteorológico que se usa para la predicción del tiempo y, específicamente, para medir la velocidad del viento.(No siempre es exacto a menos que sea un anemómetro digital)
En meteorología, se usan principalmente los anemómetros de cazoletas o de molinete, especie de diminuto molino cuyas cuatro aspas se hallan constituidas por cazoletas sobre las cuales actúa la fuerza del viento; el número de vueltas puede ser leído directamente en un contador o registrado sobre una banda de papel (anemograma), en cuyo caso el aparato se denomina anemógrafo. Aunque también los hay de tipo electrónicos. Para medir los cambios repentinos de la velocidad del viento, especialmente en las turbulencias, se recurre al anemómetro de filamento caliente, que consiste en un hilo de platino o níquel calentado eléctricamente: la acción del viento tiene por efecto enfriarlo y hace variar así su resistencia; por consiguiente, la corriente que atraviesa el hilo es proporcional a la velocidad del viento.
Anemómetro Láser Doppler [editar] Este anemómetro digital usa un láser que es dividido y enviado al anemómetro. El retorno del rayo láser decae por la cantidad de moléculas de aire en el detector, donde la diferencia entre la radiación relativa del láser en el anemómetro y el retorno de radiación, son comparados para determinar la velocidad de las moléculas de aire. 1
Aeronáutica En aeronáutica, para el control de la velocidad de la aeronave, se utiliza otro tipo de anemómetro de concepción y apariencia diferente; su funcionamiento está basado en la presión de impacto del aire y la medición se hace teniendo en cuenta esta presión y la atmosférica del momento. Este anemómetro especial se conoce como tubo pitot.
VII – Medición de Flujo Caudalímetro Instrumento empleado para la medición del caudal de un fluido o Gasto másico. Estos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros.
Existen versiones mecánicas y eléctricas. Entre las mecánicas se encuentran los viejos contadores de agua instalados a la entrada de una vivienda para determinar cuantos metros cúbicos de agua se consumieron. Un ejemplo de caudalímetro eléctrico lo podemos encontrar en los calentadores de agua de paso que lo utilizan para determinar el caudal que está circulando o en las lavadoras para llenar su tanque a diferentes niveles.
Tipos de caudalímetros
Mecánicos visuales (de área variable) (rotámetros) Se trata de un cono transparente invertido con una bola plástica en su base. El fluido al circular impulsa la bola hacia arriba, a mayor caudal más sube la bola. La gravedad hace bajar la bola al detenerse el flujo. El cono tiene unas marcas que indican el caudal. Generalmente empleado para medir gases en lugares donde se requiere conocer el caudal con poca precisión. Un ejemplo lo podemos ver en los hospitales, unidos de la llave del suministro de oxígeno. Una modificación de este modelo permite medir la capacidad de pulmonar de una persona que haya sufrido alguna lesión recogiendo una exhalación a través de un adaptador para los labios. A continuación podemos ver dos caudalímetros para agua indicando los caudales.
Mecánico de molino Consisten en un molino cuyas aspas están transversales a la circulación de fluido. El fujo hace girar el molino cuyo eje mueve un contador que acumula lecturas. Un ejemplo de este uso son los contadores de agua de las viviendas o los antiguos contadores de gas natural.
Electrónicos de molino Sus partes mecánicas consisten en un molino con aspas transversales a la circulación de flujo, el molino tiene en un extremo un imán permanente. Cuando este imán gira genera un campo magnético variable que es leído por un sensor de efecto de campo magnético (Hall Effect Switch), después el circuito electrónico lo convierte en pulsos que transmite a través de un cable.
Caudalímetro Animación molino operación
de
Tipo paleta
Instalación
Tipo paleta
Caudalímetro electrónico de molino.
En otra versión de este tipo de caudalímetro se instalan imanes en los extremos de las aspas. Al girar los imanes pasan cerca de un reed switch que cuenta los pulsos. La desventaja de este diseño está en la limitación de las RPM que puede alcanzar a leer un reed swith. También existe de tipo de caudalímetro de molino en versión transparente donde solo se requiera confirmar que existe circulación sin importar el caudal.
Electrónicos de turbina Una turbina colocada de frente al flujo, encapsulada en las paredes de un tubo, rota proporcionalmente al caudal. La turbina, fabricada con un compuesto de resina y polvo de alnico, genera un campo magnético que es leído y codificado por un Hall-Effect switch.
Diferencial de presión Los más comunes. La tubería disminuye su diámetro levemente y después regresa a su diámetro original. El fluido obligado a circular por esta reducción disminuye su presión a la salida. La diferencia de presión de antes y después es medida de manera mecánica o electrónica. A mayor diferencia de presión mayor es el caudal. Existen otras variantes pero todas basadas en la diferencia de la lectura de presión antes y después. Un ejemplo es el se observa en los motores de combustión interna a la entrada del aire del motor. Parámetro que necesitan las computadoras de los automóviles para determinar que cantidad de aire está entrando al motor para logar una mezcla (aire-combustible) ideal.
Magnéticos Están basados en la ley de Faraday que enuncia que el voltaje inducido a través de un conductor que se desplaza transversal a un campo magnético es proporcional a la velocidad del conductor. Aplicamos un campo magnético a una tubería y medimos su voltaje de extremo a extremo de la tubería. Este sistema es muy poco intrusivo pero solo funciona con líquidos que tengan algo de conductividad eléctrica. Es de muy bajo mantenimiento.
Vortex Está basado en el principio de generación de vórtices. Un cuerpo que atraviese un fluido generará vórtices flujo abajo. Estos vórtices se forman alternándose de un lado al otro causando diferencias de presión, esta son censadas por un cristal piezoeléctrico. La velocidad de flujo es proporcional a la frecuencia de formación de los vórtices. Son equipos de bajo mantenimiento y buena precisión.
VII – Mediciones Electricas Electrómetro Se denomina electrómetro a un electroscopio dotado de una escala. Los electrómetros, al igual que los electroscopios, han caído en desuso debido al desarrollo de instrumentos electrónicos de precisión. Uno de los modelos de electrómetro consiste en una caja metálica en la cual se introduce, debidamente aislada por un tapón aislante, una varilla que soporta una lámina de oro muy fina o una aguja de aluminio, apoyada en este caso de tal manera que pueda girar libremente sobre una escala graduada. Al establecer una diferencia de potencial entre la caja y la varilla con la lámina de oro (o la aguja de aluminio), esta es atraída por la pared del recipiente. La intensidad de la desviación puede servir para medir la diferencia de potencial entre ambas.
Amperímetro Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un Circuito eléctrico.
Los amperímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en amperios. El Amperímetro de C.C. puede medir C.A. rectificando previamente la corriente, esta función se puede destacar en un Multimetro. Si hablamos en términos básicos, el Amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia paralela llamada Shunt. Los amperímetros tienen resistencias por debajo de 1 Ohmnio, debido a que no se disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito energizado. La resistencia Shunt amplia la escala de medición. Esta es conectada en paralelo al amperímetro y ahorra el esfuerzo de tener otros amperímetros de menor rango de medición a los que se van a medir realmente. El aparato descrito corresponde al diseño original, ya que en la actualidad los amperímetros utilizan un conversor analógico/digital para la medida de la caída de tensión sobre un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leída por un microprocesador que realiza los cálculos para presentar en un display numérico el valor de la corriente circulante.
Clasificacion de los Amperimetros Los sistemas de medida más importantes son los siguientes: magnetoeléctrico, electromagnético y electrodinámico, cada una de ellas con su respectivo tipo de Amperimetro.
Magnetoeléctrico Para medir la corriente que circula por un circuito tenemos que conectar el amperímetro en serie con la fuente de alimentación y con el receptor de corriente. Así, toda la corriente que circula entre esos dos puntos va a pasar antes por el amperímetro. Estos aparatos tienen una bobina móvil que está fabricada con un hilo muy fino (aproximadamente 0,05 mm de diámetro) y cuyas espiras, por donde va a pasar la corriente que queremos medir, tienen un tamaño muy reducido. Por todo esto, podemos decir que la intensidad de corriente, que va a poder medir un amperímetro cuyo sistema de medida sea magnetoeléctrico, va a estar limitada por las características físicas de los elementos que componen dicho aparato. El valor límite de lo que podemos medir sin temor a introducir errores va a ser alrededor de los 100 miliamperios, luego la escala de medida que vamos a usar no puede ser de amperios sino que debe tratarse de miliamperios. Para aumentar la escala de valores que se puede medir podemos colocar resistencias en derivación, pudiendo llegar a medir amperios (aproximadamente hasta 300 amperios). Las resistencias en derivación pueden venir conectadas directamente en el interior del aparato o podemos conectarlas nosotros externamente.
Electromagnético Están constituidos por una bobina que tiene pocas espiras pero de gran sección. La potencia que requieren estos aparatos para producir una desviación máxima es de unos 2 vatios. Para que pueda absorberse esta potencia es necesario que sobre los extremos de la bobina haya una caída de tensión suficiente, cuyo valor va a depender del alcance que tenga el amperímetro. El rango de valores que abarca este tipo de amperímetros va desde los 0,5 A a los 300 A. Aquí no podemos usar resistencias en derivación ya que producirían un calentamiento que conllevaría errores en la medida. Se puede medir con ellos tanto la corriente continua como la alterna. Siendo solo válidas las medidas de corriente alterna para frecuencias inferiores a 500 Hz.
Electrodinámico Los amperímetros con sistema de medida "electrodinámico" están constituidos por dos bobinas, una fija y una móvil.
Galvanómetro Instrumento que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. Este término se ha ampliado para incluir los usos del mismo dispositivo en equipos de grabación, posicionamiento y servomecanismos.
Tipos de galvanómetros Según el mecanismo interno, los galvanómetros pueden ser de imán móvil o de cuadro móvil.
Imán Móvil En un galvanómetro de imán móvil la aguja indicadora está asociada a un imán que se encuentra situado en el interior de una bobina por la que circula la corriente que tratamos de medir y que crea un campo magnético que, dependiendo del sentido de la misma, produce una atracción o repulsión del imán proporcional a la intensidad de dicha corriente.
Cuadro Móvil En el galvanómetro de cuadro móvil el efecto es similar, difiriendo únicamente en que en este caso la aguja indicadora está asociada a una pequeña bobina, por la que circula la corriente a medir y que se encuentra en el seno del campo magnético producido por un imán fijo. En el diagrama de la derecha está representado un galvanómetro de cuadro móvil en el que, en rojo, se aprecia la bobina o cuadro móvil y en verde el resorte que hace que la aguja indicadora vuelva a la posición de reposo una vez que cesa el paso de corriente. En el caso de los galvanómetros térmicos, lo que se pone de manifiesto es el alargamiento producido al calentarse, por el Efecto Joule, al paso de la corriente, un hilo muy fino arrollado a un cilindro solidario con la aguja indicadora. Lógicamente el mayor o menor alargamiento es proporcional a la intensidad de la corriente. También existen galvanómetros que a su entrada tienen un termopar y también funcionan bajo efecto joule.
Óhmetro Un óhmetro, Ohmímetro, u Ohmiómetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica. El diseño de un óhmetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un galvanómetro medir la corriente que circula a través de la resistencia. La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicación de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batería fijo, la intensidad circulante a través del galvanómetro sólo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa. Existen también otros tipos de óhmetros más exactos y sofisticados, en los que la batería ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a través de la resistencia R bajo prueba. Luego, mediante otro circuito se mide el voltaje V en los extremos de la resistencia. De acuerdo con la ley de Ohm el valor de R vendrá dado por:
Para medidas de alta precisión la disposición indicada anteriormente no es apropiada, por cuanto que la lectura del medidor es la suma de la resistencia de los cables de medida y la de la resistencia bajo prueba. Para evitar este inconveniente, un óhmetro de precisión tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvín. 2 terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la caída de tensión en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida.
Voltímetro Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado pero a la vez abiertos en los polos.
Clasificación Podemos clasificar los voltímetros por su funcionamiento mecánico, siendo en todos los casos el mismo instrumento
Voltímetros electromecánicos Estos voltímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos que separan las corrientes continua y alterna de la señal, pudiendo medirlas independientemente.
Voltímetros electrónicos Añaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada (del orden de los 20 megaohmios) y mayor sensibilidad. Algunos modelos ofrecen medida de "verdadero valor eficaz" para corrientes alternas. Los que no miden el verdadero valor eficaz es por que miden el valor de pico a pico, y suponiendo que se trata de una señal sinusoidal perfecta, calculan el valor eficaz por medio de la siguiente fórmula:
Voltímetros vectoriales Se utilizan con señales de microondas. Además del módulo de la tensión dan una indicación de su fase.Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de artefactos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general, dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica.
Voltímetros digitales [editar] Dan una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), autorrango y otras funcionalidades. El sistema de medida emplea técnicas de conversión analógico-digital (que suele ser empleando un integrador de doble rampa) para obtener el valor numérico mostrado en una pantalla numérica LCD.
Wattmetro El vatimétro es un instrumento utilizado en la medición de potencia activa. Un tipo de vatímetro muy difundido es el de tipo electrodinámico, que se basa en la interacción entre corrientes que circulan por bobinas dispuestas convenientemente. Es posible la medición de potencia de señales de cualquier tipo (forma de onda), dado que la deflexión o respuesta del instrumento es proporcional a la potencia activa desarrollada. En su forma más simple, consta de 2 bobinas de corriente de baja resistencia conectadas en serie entre ellas y con la carga, y una bobina de tensión de alto nivel de resistencia, que admite 2 formas de conexionado. Las bc están fijas, mientras que la bv es móvil, y su desplazamiento es solidario con el elemento indicador (una aguja, p.e.).
Multímetro Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parametros electricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad.
Multímetro o polímetro analógico
1. Estas tres posiciones del mando sirven para medir intensidad en corriente contínua(D.C.), de izquierda a derecha, los valores máximos que podemos medir son:500μA, 10mA y 250mA (μA se lee microamperio y corresponde a 10 − 6A=0,000001A y mA se lee miliamperio y corresponde a 10 − 3 =0,001A). 2. Vemos 5 posiciones, para medir voltaje en corriente contínua (D.C.= Direct Current), correspondientes a 2.5V, 10V, 50V, 250V y 500V, en donde V=voltios. 3. Hay dos posiciones para medir resistencia (x10Ω y x1k Ω); Ω se lee ohmio. Esto no lo usaremos apenas, pues si te fijas en la escala milimetrada que está debajo del número 6 (con la que se mide la resistencia), verás que no es lineal, es decir, no hay la misma distancia entre el 2 y el 3 que entre el 4 y el 5; además, los valores decrecen hacia la derecha y la escala en lugar de empezar en 0, empieza en (un valor de resistencia igual a significa que el circuito está abierto). A veces usamos estas posiciones para ver si un cable está roto y no conduce la corriente. 4. Como en el apartado 2, pero en este caso para medir corriente alterna (A.C.:=Altern Current). 5. Sirve para comprobar el estado de carga de pilas de 1.5V y 9V. 6. Escala para medir resistencia. 7. Escalas para el resto de mediciones. Desde abajo hacia arriba vemos una de 0 a 10, otra de 0 a 50 y una última de 0 a 250.
Puente de Wheatstone Un puente de Wheatstone. es un instrumento eléctrico de medida inventado por. Samuel Hunter Christie en 1832, mejorado y popularizado por Sir Charles Wheatstone en 1843. Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.
Descripción La Figura 1 siguiente muestra la disposición eléctrica del circuito y la Figura 2 corresponde a la imagen real de un puente de Wheatstone típico. En la Figura 1 vemos que, Rx es la resistencia cuyo valor queremos determinar, R1, R2 y R3 son resistencias de valores conocidos, además la resistencia R2 es ajustable. Si la relación de las dos resistencias del brazo conocido (R 1/R2) es igual a la relación de las dos del brazo desconocido (Rx/R3), el voltaje entre los dos puntos medios será nulo y por tanto no circulará corriente alguna entre esos dos puntos C y B. Para efectuar la medida lo que se hace es variar la resistencia R2 hasta alcanzar el punto de equilibrio. La detección de corriente nula se puede hacer con gran precisión mediante el galvanómetro V. La dirección de la corriente, en caso de desequilibrio, indica si R 2 es demasiado alta o demasiado baja. El valor de la F.E.M. (E) del generador es indiferente y no afecta a la medida. Cuando el puente esta construido de forma que R3 es igual a R2, Rx es igual a R1 en condición de equilibrio.(corriente nula por el galvanómetro).
Asimismo, en condición de equilibrio siempre se cumple que:
Si los valores de R1, R2 y R3 se conocen con mucha precisión, el valor de Rx puede ser determinado igualmente con precisión. Pequeños cambios en el valor de Rx romperán el equilibrio y serán claramente detectados por la indicación del galvanómetro. De forma alternativa, si los valores de R1, R2 y R3 son conocidos y R2 no es ajustable, la corriente que fluye a través del galvanómetro puede ser utilizada para calcular el valor de R x siendo este procedimiento más rápido que el ajustar a cero la corriente a través del medidor.
Osciloscopio Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.
Utilización En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se pueden ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir. El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato). Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de esta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia.
Osciloscopio analógico La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.
Figura 1.- Representación esquemática de un osciloscopio.
En la Figura 1 se puede ver una representación esquemática de un osciloscopio con indicación de las etapas mínimas fundamentales. El funcionamiento es el siguiente: En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por el ánodo llega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones. Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviación, tiene lugar una desviación del haz de electrones debido al campo eléctrico creado por la tensión aplicada. De este modo, la tensión en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviación horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en ausencia de señal en las placas de desviación vertical, dibuje una línea recta horizontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Este retorno no es percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma adicional, durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviación del rayo. Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviación vertical la señal a medir (a través del amplificador de ganancia ajustable) el haz, además de moverse de izquierda a derecha, se moverá hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la señal, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión aplicada. Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posible establecer una relación entre estas divisiones y el período del diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. Con ello a cada división horizontal corresponderá un tiempo concreto, del mismo modo que a cada división vertical corresponderá una tensión concreta. De esta forma en caso de señales periódicas se puede determinar tanto su período como su amplitud.
El margen de escalas típico, que varía de microvoltios a unos pocos voltios y de microsegundos a varios segundos, hace que este instrumento sea muy versátil para el estudio de una gran variedad de señales.
Osciloscopio digital En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD. En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo. Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales. Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, como los siguientes:
Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor eficaz. Medida de flancos de la señal y otros intervalos. Captura de transitorios. Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal.
IX – Instrumentos Ópticos MICROSCOPIOS: Las aplicaciones de estos aparatos están destinados fundamentalmente a la medición de longitudes, pero su campo de medición es mas reducido empleándose en consecuencia para la medición de piezas relativamente pequeñas, reglas, herramientas, etc. El objeto de muy pequeñas dimensiones que se desea examinar se coloca en una placa de vidrio llamado porta objetos, se coloca a distancia algo superior a la distancia focal del objeto, iluminándola por la parte inferior mediante un espejo plano. COMPARADORES: Son amplificadores que permiten efectuar la medición de la longitud por comparación. El sistema de amplificación utilizada en estos aparatos es el de palanca de reflexión. PERFILOMETROS: En estos aparatos la imagen del perfil de la pieza es aumentada por un microscopio y proyectada por medio de espejos sobre una pantalla de vidrio deslustrado. El aumento de las dimensiones de las piezas en imagen proyectada puede ser de 10, 20, 50 y hasta 100 veces. LUPAS: Permite que el ojo vea una imagen según el ángulo visual mayor que el ángulo con el que vería el objeto sin su intermedio. TELESCOPIOS: Los telescopios astronómicos se dividen en reflectores y refractores. Un refractor puede construirse mediante 2 lentes sencillas, en forma parecida a un microscopio compuesto. Una lente de gran tamaño (longitud) focal hace de objetivo siendo su misión recoger tanta luz como sea posible. El ocular es una lente de corta longitud focal. El objetivo forma una imagen real y disminuida de un cuerpo celeste, se observa mediante el ocular. TEODOLITOS: Instrumento de precisión que se compone de un circuito horizontal y un semicírculo vertical, ambos graduados y provistos de anteojos, para medir ángulos en sus planos respectivos. NIVELES: Los niveles se usan para inspeccionar superficies planas y ángulos rectos. Aunque estas herramientas no están clasificadas en revalidada como calibradores, sirve básicamente para los mismos propósitos. La mayoría de los niveles que se usan en el taller de maquinado pertenece al tipo de alcohol o de burbuja y se utilizan en una amplia gama de ajustes de piezas de trabajo y en la instalación de maquinas herramientas.
X – Medición de Magnitudes Varias Colorímetro Un colorímetro es cualquier herramienta que identifica el color y el matiz para una medida más objetiva del color. El colorímetro también es un instrumento que permite la absorbancia de una solución en una específica frecuencia de luz a ser determinada. Es por eso, que hacen posible descubrir la concentración de un soluto conocido que sea proporcional a la absorbancia. Diferentes sustancias químicas absorben diferentes frecuencias de luz. Los colorímetros se basan en el principio de que la absorbancia de una sustancia es proporcional a su concentración, y es por eso que las sustancias más concentradas muestran una lectura más elevada de absorbancia. Se usa un filtro en el colorímetro para elegir el color de luz que más absorberá el soluto, para maximizar la precisión de la lectura. Note que el color de luz absorbida es lo opuesto del color del espécimen, por lo tanto un filtro azul sería apropiado para una sustancia naranja. Los sensores miden la cantidad de luz que atravesó la solución, comparando la cantidad entrante y la lectura de la cantidad absorbida. Se realiza una serie de soluciones de concentraciones conocidas de la sustancia química en estudio y se mide la absorbancia para cada concentración, así se obtiene una gráfica de absorbancia respecto a concentración. Por extrapolación de la absorbancia en la gráfica se puede encontrar el valor de la concentración desconocida de la muestra. Otras aplicaciones de los colorímetros son para cualificar y corregir reacciones de color en los monitores, o para calibrar los colores de la impresión fotográfica. Los colorímetros también se utilizan en personas con déficit visual (ceguera o daltonismo), donde los nombres de los colores son anunciados en medidas de parámetros de color (por ejemplo, saturación y luminiscencia) El color de APHA (asociación americana de la salud pública) se utiliza típicamente para caracterizar los polímeros con respecto a la amarillez de los polímeros. El color de APHA o el número de APHA refiere a un estándar del platino-cobalto. Los colorímetros se pueden calibrar según las soluciones estándar del cobalto del platino y las soluciones poliméricas se pueden comparar a los estándares para determinar el número de APHA. Cuanto más alto es el número de APHA, más el amarillo la solución polimérica. (Referencia: La medida del aspecto, del 2.o ed., por el cazador y Richard W. Harold, Wiley, 1987, P. 211 y 214 de Richard S.)
Espectrómetro. El Espectrómetro es un aparato capaz de analizar el espectro característico de un movimiento ondulatorio. Se aplica a variados instrumentos que operan sobre un amplio campo de longitudes de onda.
Espectroscopios Un espectrómetro óptico o espectroscopio, es un instrumento que sirve para medir las propiedades de la luz en una determinada porción del espectro electromagnético. La variable que se mide generalmente es la intensidad de la luz pero se puede medir también el estado de polarización, por ejemplo. La variable independiente suele ser la longitud de onda de la luz, generalmente expresada en submúltiplos del metro, aunque alguna vez pueda ser expresada en cualquier unidad directamente proporcional a la energía del fotón, como la frecuencia o los electrón-voltios, que mantienen un relación inversa con la longitud de onda. Se utilizan espectrómetros en espectroscopia para producir líneas espectrales y medir sus longitudes de onda e intensidades. En general, un instrumento concreto sólo operará sobre una pequeña porción de éste campo total, debido a las diferentes técnicas necesarias para medir distintas porciones del espectro. Por debajo de las frecuencias ópticas (es decir, microondas, radio y audio), el analizador de espectro es un dispositivo electrónico muy parecido. Los espectrómetros conocidos con el nombre de espectroscopios se utilizan en el análisis espectroscópico para identificar materiales. El espectroscopio fue inventado por Gustav Kirchhoff y Robert Wilhelm Bunsen. Se usan espectroscopios en astronomía y en algunas ramas de la química. Los primeros espectroscopios eran un simple prisma con graduaciones que marcaban las distintas longitudes de onda de la luz. Los espectroscopios modernos suelen utilizar una rejilla de difracción, ranuras móviles, y algún tipo de fotodetector, todo ello automatizado y controlado por un ordenador. Cuando se calienta un material hasta la incandescencia emite una luz cuyo espectro depende de la configuración atómica del material. Cada grupo de frecuencias de luz hace aparecer bandas claramente definidas en la escala que son su huella característica (algo así como las huellas digitales de los humanos). Por ejemplo, el sodio tiene una banda doble amarilla muy característica conocida como las líneas-D del sodio a 588,9950 y 589,5924 nanómetros, y cuyo color le resultará familiar a quien haya visto una lámpara de vapor de sodio de baja presión. En el diseño original del espectroscopio del siglo XIX, la luz atravesaba una rendija y una lente colimadora transformaba la luz en un un haz de rayos paralelos. La luz pasaba entonces a través de un prisma que refractaba el haz en un espectro, debido a que las distintas longitudes de onda se refractaban de diferente manera por la dispersión. Esta imagen se puede ver a través de un tubo con una escala superpuesta sobre la imagen espectral, permitiendo su lectura directa.
Contador Geiger Un contador Geiger es un instrumento que permite medir la radiactividad de un objeto o lugar. Está formado, normalmente, por un tubo con un fino hilo metálico a lo largo de su centro. El espacio entre ellos está aislado y relleno de un gas, y con el hilo a unos 1000 V relativos con el tubo. Un ion o electrón penetra en el tubo (o se desprende un electrón de la pared por los rayos X o gamma) desprende electrones de los átomos del gas y que, debido al voltaje positivo del hilo central, son atraídos hacia el hilo. Al hacer esto ganan energía, colisionan con los átomos y liberan más electrones, hasta que el proceso se convierte en una "avalancha" que produce un pulso de corriente detectable. Relleno de un gas adecuado, el flujo de electricidad se para por si mismo o incluso el circuito eléctrico puede ayudar a pararlo. Al instrumento se le llama un "contador" debido a que cada partícula que pasa por él produce un pulso idéntico, permitiendo contar las partículas (normalmente de forma electrónica) pero sin decirnos nada sobre su identidad o su energía (excepto que deberán tener energía suficiente para penetrar las paredes del contador). Los contadores de Van Allen estaban hechos de un metal fino, con conexiones aisladas en sus extremos.
Radiómetro de Nichols Un radiómetro de Nichols es un aparato para medir la presión de la radiación. Recibe su nombre del físico americano E. F. Nichols, quién lo ideara a finales del siglo XIX. Consistía en un par de pequeños espejos de cristal plateados por una cara suspendidos de una delgada fibra de cuarzo en equilibrio de torsión, y encerrados dentro de un recinto en el cual se podía regular la presión de aire. El cabezal de torsión al cual estaba unida la fibra se podía girar desde el exterior por medio de un imán. Para realizar las medidas se dirigía un haz luminoso primero a un espejo y después al otro, y las desviaciones opuestas observadas se determinaban con la ayuda de un espejo y una escala. La influencia del aire se podía comprobar girando el sistema de forma que los espejos recibieran la luz por su lado no plateado. Se encontró que esta influencia era mínima, de valor casi despreciable, a una presión de 16 mmHg. La energía radiante del haz incidente se determinaba a partir de su efecto térmico sobre un pequeño disco de plata ennegrecido, método que se demostró más fiable que el bolómetro utilizado inicialmente. El perfeccionamiento del aparato permitió a Nichols y Hull obtener en 1903 una medida de la presión de la radiación que no difería en más del 10% de la teórica. Otros experimentadores continuarían con su mejora hasta obtener un acuerdo entre las presiones de la radiación observadas y calculadas mejor del 1%. A veces se confunde este aparato con el radiómetro de Crookes, en el que unas aspas giran dentro de un recinto con un vacío parcial por el efecto de las moléculas de gas remanentes, y no directamente por la presión de los fotones en sí.
Sismómetro Un sismómetro o sismógrafo es un instrumento para medir terremotos para la sismología o pequeños temblores provocados, en el caso de la Sismología de exploración. Este aparato, en sus versiones iniciales, consistía en un péndulo que por su masa permanecía inmóvil debido a la inercia, mientras todo a su alrededor se movía; dicho péndulo llevaba un punzón que iba escribiendo sobre un rodillo de papel pautado en tiempo, de modo que al empezar la vibración se registraba el movimiento en el papel, constituyendo esta representación gráfica el denominado sismograma. Los instrumentos modernos son, por supuesto, electrónicos. Estos sismógrafos se parecen a los acelerómetros, y tienden a llegar a ser instrumentos universales. En años anteriores, los sismómetros podrían “quedarse cortos” o ir fuera de la escala para el movimiento de la Tierra que es suficientemente fuerte para ser sentido por la gente. En este caso, solo los instrumentos que podrían trabajar serían los acelerómetros menos sensibles. Los modernos sismómetros de banda ancha (llamados así por la capacidad de registro en un ancho rango de frecuencias) consisten de un pequeña „masa de prueba‟, confinada por fuerzas eléctricas, manejada por electrónica sofisticada. Cuando la Tierra se mueve, electrónicamente se trata de mantener la masa fija a través de la retroalimentación del circuito. La cantidad de fuerza necesaria para conseguir esto es entonces registrada. La salida de los acelerómetros es directamente como aceleración (recordando F=ma de Newton), pero los sismómetros usan un circuito integrado para una salida de velocidad. Los sismómetros espaciados en un arreglo pueden ser usados para localizar a precisión, en tres dimensiones, la fuente del terremoto, usando el tiempo que toma a las ondas sísmicas propagarse hacia fuera desde el epicentro, el punto de la ruptura de la falla. Los sismógrafos son también usados para detectar explosiones de pruebas nucleares. Al estudiar las ondas sísmicas, los geólogos pueden también hacer mapas del interior de la Tierra.
PH-metro El pHmetro es un sensor utilizado en el método electroquímico para medir el pH de una disolución. La determinacion de pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a través de una fina membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentración de protones. En consecuencia se conoce muy bien la sensibilidad y la selectividad de las membranas de vidrio delante el pH.
Una cela para la medida de pH consiste en un par de electrodos, uno de calomel( mercurio, cloruro de mercurio) y otro de vidrio, sumergidos en la disolución en la que queremos encontrar el pH. La barita de soporte del electrodo es de vidrio común y no es conductor, mientras que el bulbo sensible, que es el extremo sensible del electrodo, esta formado por un vidrio polarizable (vidrio sensible de pH). Se llena el bulbo con la solución de acido clorhídrico 0.1N saturado con cloruro de plata. El voltaje al interior del bulbo es constante, porque se mantiene su pH constante (pH 7) de manera que la diferencia de potencial solo depende del pH del medio externo. El alambre que se sumerge al interior (normalmente Ag/AgCl) permite conducir este potencial hasta un amplificador.
Mantenimiento El electrodo de vidrio es relativamente inmune a las interferencias del color, turbidez, material coloidal, cloro libre, oxidante y reductor. La medida se afecta cuando la superficie de la membrana de vidrio está sucia con grasa o material orgánico insoluble en agua, que le impide hacer contacto con la muestra, por lo tanto, se recomienda la limpieza escrupulosa de los electrodos. Los electrodos tienen que ser enjuagados con agua destilada entre muestras. No se tienen que secar con un trapo, porque se podrían cargar electrostaticamente. Luego se deben colocar suavemente sobre un papel, sin pelusa, para quitar el exceso de agua.
Calibrado Como los electrodos de vidrio de pH mesuran la concentración de H+ relativa a sus referencias, tienen que ser calibrados periódicamente para asegurar la precisión. Por eso se utilizan buffers de calibraje (disoluciones reguladoras de pH conocido).
Precauciones El electrodo debe mantenerse humedecido siempre. Se recomienda que se guarde en una solución de 4M KCl; o en un buffer de solución de pH 4 o 7. No se debe guardar el electrodo en agua destilada, porque eso causaría que los iones resbalaran por el bulbo de vidrio y el electrodo se volvería inútil.
Piranómetro
Un piranómetro (también llamado solarímetro y actinómetro) es un instrumento meteorológico utilizado para medir de manera muy precisa la radiación solar incidente sobre la superficie de la tierra. Se trata de un sensor diseñado para medir la densidad del flujo de radiación solar (vatios por metro cuadrado) en un campo de 180 grados.
Datos generales Generalmente se utilizan tres medidas de radiación: semiesférica total, difusa y directa. Para las medidas de radiación difusa y semiesférica la radiación directa se suprime utilizando un disco parasol. El principio físico utilizado generalmente en la medida es un termopar sobre el que incide la radiación a través de dos cúpulas semiesféricas de vidrio. Las medidas se expresan en kW/m². Un ejemplo de piranómetro es el de Kipp y Zonen, que se constituye por una pila termoeléctrica contenida en un alojamiento con dos hemiesferas de cristal. La pila termoeléctrica está constituida por una serie de termopares colocados horizontalmente, cuyos extremos están soldados con unas barras de cobre verticales solidarias a una placa de latón maciza. El conjunto está pintado con un barniz negro, para absorber la radiación. El flujo de calor originado por la radiación se transmite a la termopila, generándose una tensión eléctrica proporcional a la diferencia de temperatura entre los metales de los termopares. Para medir la radiación difusa es necesario tapar el sensor de radiación directa mediante una pantalla parasol, midiendo la irradiancia solar difusa (piranómetro de difusa). Una variante es el perheliógrafo, un pirheliómetro dotado de un dispositivo registrador.
Medidores de Altura MEDIDORES DE ALTURA ELECTRODIGITALES Se clasifican en 2 tipos: uno de estos utiliza un codificador rotatorio para detectar el desplazamiento y tiene doble columna. El otro utiliza el detector de desplazamiento tipo capacitancia y cuenta con una sola columna de sección rectangular. El mecanismo de detección de desplazamiento es un codificador rotatorio que convierte el desplazamiento lineal del cursor en un movimiento rotatorio de disco ranurado. El sistema de este medidor este basado en una escala de circuitos integrados de gran precisión. MEDIDOR DE ALTURA CON CARATULA El medidor incorpora el mecanismo de amplificación del indicador de carátula. Las lecturas se toman sumando las lecturas de la graduación de la escala principal y la de la carátula, la cual indica la fracción de la escala principal con una aguja, lo que minimiza errores de paralaje y permite mediciones rápidas y exactas. MEDIDOR DE ALTURA CON CARATULA Y CONTADOR El mecanismo es el mismo que el medidor de altura con carátula. El mecanismo de amplificación del indicador consiste del piñón, engrane amplificador y del piñón central. El contador indica lecturas de 1mm. y las fracciones las indica la carátula; debido a que hay lecturas en 2 direcciones, podrían ser confusas cuando el cursor se mueva hacia arriba o hacia abajo cerca del punto 0.
MEDIDOR DE ALTURA CON VERNIER El gramil o calibrador de altura con vernier es un instrumento de medición y trazado que se utiliza en los laboratorios de metrología y control de calidad, para realizar todo tipo de trazado en piezas como por ejemplo ejes de simetría, centros para taladros, excesos de mecanizado etc.
Consta de una columna principal, que está graduada en centímetros y milímetros, por la que se desliza el calibre trazador que lleva incorporado un vernier de precisión. La punta del calibre es de metal duro. Este tipo de gramil puede ser intercambiado por un reloj palpador de nivelación, para comprobar el paralelismo u horizontalidad de superficies.
Indicador de Caratula Los comparadores o indicadores de carátula son instrumentos ampliamente utilizados, en ellos un tren de engranes amplifica el desplazamiento del husillo proporcionando un movimiento angular a la aguja indicadora sobre la carátula del instrumento. La figura 3.65 muestra los componentes de la parte frontal, como del interior de un indicador de carátula. Es obvio que el indicador de carátula no es instrumento completo, ya que debe complementarse con algún dispositivo (soporte) que permita sujetarlo firmemente y alinearlo en la dirección que se efectuará la medición. Existen diferentes tipos de soportes, los cuales se fabrican para satisfacer las diversas necesidades de medición. La figura 3.66 nos muestra un ejemplo de un indicador de carátula sujetado a un soporte. Aplicaciones especiales de los indicadores. Como los indicadores de carátula no pueden utilizarse hasta no montarlos en un dispositivo adecuado, han sido integrados en dispositivos especiales de uso común como en medidores de espesor con indicador, medidores de exteriores con carátula o medidores de profundidad con carátula. Indicadores electrodigítales. En contraste con los indicadores de carátula convencionales, que muestran los valores medidos, mediante el giro mecánico de una aguja, los electrodigitales muestran por medios eléctricos, los valores medidos sobre una pantalla digital. Existen dos tipos: 1. Indicadores tipo fotoeléctrico. 2. Indicadores tipo capacitancia.
Los primeros trabajan bajo el principio básico de enviar luz a través de retículas marcadas sobre una escala de vidrio y convertir la intensidad luminosa en señales eléctricas, un modelo de este tipo que además se puede operar con control remoto. El funcionamiento del otro tipo consiste en leer directamente la variación de capacitancia entre los dos electrodos emplazados en la escala principal y en la escala índice. Indicadores de carátula tipo palanca.
Mientras los indicadores de carátula convencionales miden una pieza a través del desplazamiento lineal de un husillo, los de palanca lo hacen mediante el movimiento circular de una palanca que tiene una punta de contacto en su extremo.
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Calibradores de verificación neumáticos (medición del flujo por medio del efecto de amastre)
Los calibradores neumáticos miden efectivamente casi todos los tipos comunes de dimensiones y son particularmente aptos para verificar tales relaciones dimensionales. Como herramienta de inspección, la calibración neumática puede medir muchos trabajos más rápidamente, con mayor conveniencia y precisión que otros métodos de medición. En la medición de condiciones de agujeros de alta precisión, por ejemplo, la calibración neumática es inigualable por su velocidad y precision. También, cuando se verifican características dimensionales, el aire ofrece suficiente amplificación y confiabilidad para medir tolerancias mucho más allá del alcance de los calibradores mecánicos. Además, la calibración neumática es sencilla. Los trabajadores de producción no requieren entrenamiento especial para usar calibradores neumáticos. Al verificar un agujero, por ejemplo, no es necesario desarrollar habilidad en "afinar el medidor" para encontrar el diámetro real: simplemente se inserta el tapón neumático en el agujero y se lee la medida. Cómo trabaja la calibración neumática La calibración neumática usa el principio de contrapresión para determinar el tamaño de una parte medida. De acuerdo con las leyes de la física, el flujo y la presión resultan directamente proporcionales al espacio y ambos reaccionan inversamente el uno respecto a la otra. Así, la relación entre la presión de aire y la distancia de una restricción (pieza de trabajo) a la salida de aire (chorro) puede representarse en una gráfica. Vea la línea (a) como se muestra en la figura 1. A medida que se incrementa la distancia entre el chorro y la superficie de trabajo, la presión decrece y la relación se convierte en lineal, como se representa por la sección recta (b) en la figura 1. Esta porción recta de la curva puede calibrarse con precisión y representa la escala del calibrador neumático. Para medir conos en un ambiente de producción, pocos métodos diferentes pueden igualar la velocidad y desempeño del aire, ya que múltiples circuitos de chorros de aire pueden colocarse en calibradores de conos muy pequeños. Los calibradores neumáticos de conos se usan a lo largo del proceso de mecanizado, que incluye: La inspección de nuevos portaherramientas. La inspección de nuevos husillos. El monitoreo de portaherramientas usados para asegurar que se ajustan apropiadamente con la máquina. El monitoreo del husillo para verificar que el portaherramientas está sentado apropiadamente en el husillo.
Torquimetro Es una herramienta para medir el torque (fuerza de palanca) en Kg/m o en Lb/f. Las medidas máx. y mín. están dadas por el torquímetro que utilices. Un ejemplo es el apriete de tuerces en una tapa de cilindros de un automóvil. El torquímetro indicará que todas las tuercas están apretadas a la misma presión (la indicada por el fabricante del vehículo) y de esa forma, no sufrirá tensiones excesivas ni quedará floja. Tipos Hay de las más diversas medidas. Manuales: del rango de 10–50Lbs., 10–150Lbs. etc. y los grandes (manuales) del rango aprox. de 150–500Lbs. A MAYOR TORQUE MAYOR ES EL BRAZO O PALANCA DEL TORQUÍMETRO. Pero también existen los Torquímetros Hidráulicos que tienen 12.000Lbs de torque aprox. Estos grandes torquímetros son accionados por un sistema de bomba hidráulica ya sea a base de compresor (aire) o eléctrico. Dependiendo la faena en la cual se utilizará este torquímetro se optará por el eléctrico o neumático. Si se trabajará en zona de gases (por ejemplo) no es posible utilizar el eléctrico por la posibilidad cierta de chispas que puedan prender el gas… ej. en una planta procesadora de gas metanol, en donde el gas no tiene olor, color y combustiona casi a temperatura ambiente (18ºC) en forma espontánea. En la punta del torquímetro se pondrá un llave o DADO hexagonal con la medida del perno a apretar y al hacer “palanca” con el “brazo de la herramienta” se procede a realizar este apriete en forma exacta. Tal como dice el comentario anterior… una vez que se gradúa previamente el torque a realizar (manilla numerada que se gira hasta situarla en el valor deseado), cuando este apriete llega al valor se escucha un click que indica que está logrado el valor. Para todo esto existen obviamente tabla de valores de apriete para pernos de acuerdo a la dureza del mismo. No se debe olvidar que se esta apretando un perno con un tremendo brazo por lo que es muy fácil llegar a cortarlo. Existe una secuencia lógica de apriete de acuerdo a la cantidad de pernos y se realizan entonces una serie de aprietes. Normalmente es en forma cruzada o formando una “x”, y no se da todo el apriete final requerido. De acuerdo al valor es posible hacer la primera ronda de 30% del valor total a llegar, después hacer otra ronda para llegar a un 70% y en otra ronda llegar al 100% necesitado. Hay que considerar además si el torque requerido es posible realizar en caliente (pernos a temperatura de trabajo elevada) o si deben estar fríos. Se debe tomar en cuenta que los metales se dilatan por lo tanto los Torques varían.
Dilatometros Son instrumentos utilizados para medir la expansion/contraccion relativa de solidos en diferentes tempreaturas. Dilatación: es el aumento/disminución de volumen que experimentan los cuerpos cuando aumenta/disminuye su temperatura. Dilatación de los sólidos: Todos tienden a incrementar su volumen en mayor o menor grado cuando se le aplica calor, y por ende, aumenta su temperatura. Este efecto se observa los pavimentos de concreto y vías férreas o rieles, que se alargan al calentarse. La dilatación se puede medir y demostrar mediante un aparato llamado dilatómetro. los dilatometros han sido usado para control de calidad en materiales o en produccion. Ejemplos interesantes incluyen la manufactura dew convertidores cataliticos y escudos de calor para la industria aeroespacial. Otra Información acerca de este tema es la siguiente: El Dilatómetro es una herramienta que es muy utilizada para medir la expansión, contracción, relativa de sólidos en diferentes temperaturas. En el desarrollo conoceremos el uso, los tipos y la funcionalidad que tiene el dilatómetro. Los Dilatómetros son instrumentos utilizados para medir como ya lo mencionábamos anteriormente. La dilatación es el aumento, disminución de volumen que experimentan los cuerpos cuando aumenta disminuye su temperatura. En la dilatación de los sólidos todos tienden a incrementar su volumen en mayor o menor grado cuando se les aplica calor y por consecuencia aumenta su temperatura, este efecto se observa en los pavimentos de concreto y vías férreas o rieles que se alargan al calentarse. Los tipos de dilatómetros se clasifican según la forma en como toman los datos ya sea de forma: Manual: tanto la temperatura como la longitud de la muestra se toman manualmente y la corrección por expansión térmica lineal del equipo se hace posteriormente. Grabación: se adquieren los datos en forma instrumental, pero la corrección por expansión del equipo se hace manualmente. Grabación automática: es similar al anterior, pero la corrección por expansión lo hace el equipo en forma automática. La dilatación se puede medir y demostrar mediante un aparato llamado dilatómetro, los dilatómetros han sido usados para control de calidad en materiales o en producción, ejemplos interesantes incluyen la manufactura de convertidotas catalíticos y escudos de calor para la industria aeroespacial.
Calibrador De Pasa O No Pasa Dispositivos diseñados para verificar las dimensiones de una parte en sus límites de tamaño superior e inferior, de acuerdo con las tolerancias especificadas por las normas. Calibrador de pasa-no pasa Este es uno de los métodos más rápidos para medir roscas externas y consiste en un par de anillos roscados pasa-no pasa Estos calibres se fijan a los límites de la tolerancia de la parte. Su aplicación simplemente es atornillarlos sabre la parte. El de pasa debe entrar sin fuerza sabre la longitud de la rosca y el de no pasa no debe introducirse más de dos hilos antes de que se atore. Estos calibres sólo indican si la parte inspeccionada está dentro de tolerancia a no (atributos). Ellos no especifican cual es el tamaño real de la parte roscada; para ello se hace necesario usar alguno de los método antes descritos. También hay calibres roscados pasa-no pasa para la inspección de roscas internas . Estos trabajan bajo el mismo principio de pasa y no pasa; en este caso, el calibre de no pasa entrará una vuelta cuando más, pero no otra. Este es quizá el método más práctico para medir roscas internas, ya que aunque existen instrumentos que proporcionan datos variables, éstos no están disponibles para los diámetros más pequeños
Cuentahilos Instrumento formado por tres piezas plegables, una de ellas con una lente; abierto sirve para ver los hilos que entran en la trama de un tejido, el detalle de un dibujo, de una diapositiva. Utensilio compuesto por una lente y una estructura que permite situarla a la distancia focal adecuada sobre el material o la imagen a observar. Se utiliza frecuentemente para verificar parámetros de preimpresión y de impresión en forma ampliada.
Lainas Una Laina es una pieza de metal laminado con ciertos grados de grosor los que puedes utilizar como gajes o bien como espaciador. Se refiere a una arandela y se usa para dar ajuste estas tienen sus medidas ejemplo diámetro interno 3/4 externo 1-1/4 grueso 1mm.
Otros Visualizadores con entrada Digimatic: es un instrumento que tiene la capacidad de mostrar digitalmente la medición de un instrumento analógico. Verificador de interiores: instrumento que sirve para tomar medidas de agujeros y compararlas de una pieza a otra. Posee un reloj comparador para mayor precisión y piezas intercambiables. Gramil o calibre de altitud: es un instrumento capaz de realizar mediciones en altura verticalmente, y realizar señalizaciones y paralelas en piezas. Tacómetro: es un instrumento capaz de contar el número de revoluciones de un eje por unidad de tiempo. Polímetro: instrumento capaz de medir diferentes medidas electricas como la tensión, resistencia e intensidad de corriente normal que hay en un circuito, además de algunas funciones más que tenga el instrumento, dependiendo del fabricante. Estroboscopio: es un elemento capaz de contar revoluciones y vibraciones de una maquinaria, sin tener contacto físico, a través del campo de acción que ésta genera. Galgas para roscas y espesores: son reglas comparación para ver que el tipo de rosca de una tornillo o el espesor de un elemento. La galga de rosca puede ser de rosca Métrica o Whitworth. Rugosímetro: es un instrumento que mediante ondas es capaz de medir la rugosidad de la superficie de un objeto, sin necesidad de ampliación visual de la superficie del objeto. Durómetro: instrumento electrónico que permite medir y hacer pruebas de la dureza de distintos materiales, ya sean metálicos, cerámicos, plásticos o de piedra. Alcoholímetro es un tipo especial de hidrómetro usado para determinar el nivel de alcohol presente en un líquido o gas. Puede por tanto ser usado para medir el porcentaje de alcohol en una bebida alcohólica o para determinar la presencia de alcohol en la sangre. Son los instrumentos usados por las policías encargadas de la seguridad del tráfico para la detección de la presencia de alcohol en el conductor de un vehículo. Esto se hará mediante alcohólimetros digitales de mano o mediante etilómetros (alcoholímetros de precisión, necesarios para hacer la pertinente denuncia1 ), en caso de superar la tasa máxima permitida.
