Equipos de medición según su tipo (página 2)

Enviado por Carlos Arvizu

Partes: 1, 2

Una gama de tubos de Pitot para la medición de la velocidad del agua en canales abiertos y conductos cerrados.

Los tubos son de acero inoxidable y están montados en una carcasa con escala.

Se suministran con un casquillo impermeable para su instalación por debajo del nivel de agua.

Para medir la velocidad, los tubos de Pitot deben conectarse a un manómetro, tal como el Armfield H12-8 o H12-9.

Cuando se utiliza con el H12-9, el rango es de 0 – 5,2m/s. Cuando se utiliza con el H12-8, el rango es de 0 -19,8m/s.

Medidor de Turbulencia y Velocidad

Medición de velocidades desde 0,05 hasta 1,0 m/seg.

Respuesta en tiempo de menos de 10 milisegundos
Diámetro de cabezal de microhélice 5mm
Velocidad media o instantánea

Características principales

Un sistema de microhélice diseñado para medir la velocidad y la turbulencia del agua en canales de flujo, modelos etc. bajo condiciones de laboratorio.

Los impulsos creados por un impulsor giratorio con 5 álabes son contados y mostrados en una pantalla digital y un medidor analógico.

Las salidas analógicas pueden ser registradas en un registrador sobre cinta de papel o sistema de adquisición de datos.

Medidor de Velocidad a Hélice

Este medidor, que se utiliza para medir y registrar velocidades puntuales muy bajas en agua y otros fluidos conductivos, utiliza el cambio de impedancia de un impulsor giratorio de múltiples álabes para indicar la velocidad de rotación causada por el flujo del fluido. El pequeño diámetro del cabezal sensor permite utilizar el medidor en conductos y canales de reducidas dimensiones, con capacidad de medir velocidades de fluidos muy bajas, de hasta 25mm/seg.

Características

medición de velocidades en fluidos conductivos limpios en el rango de 25 a 1500mm/seg (hasta 3000mm/seg con una sonda de alta velocidad)
operación en espacios cerrados con limitados efectos intrusivos
adecuado para aplicaciones de laboratorio y de campo
están disponibles sistemas de batería, totalmente portátiles
las señales pueden ser indicadas en formato analógico o digital, y enviadas a un registrador sobre cinta de papel o registrador de datos para su posterior análisis.

Sistemas con Sondas para la Medición de Olas

Un instrumento sencillo y robusto para la medición y grabación de olas de agua en modelos hidráulicos y tanques de buques, que funciona según el principio de medir la conductividad eléctrica entre dos alambres paralelos.

fácil de configurar y calibrar
alta precisión dinámica
calibración lineal en un amplio intervalo. salidas para registradores y grabadores de datos de alta velocidad.
puede ser operado a diferentes frecuencias de energización para evitar la interacción mutua entre dos o más sondas muy juntas.
suministrado como sistema completo de trabajo, con la opción de 1, 2, o 3 canales de medición.

Instrumentos neumáticos

Dispositivos de medición que utilizan un gas presurizado, como aire, para funcionar.

Calibrador neumático.

Instrumento neumático variable, sin contacto, que utiliza aire presurizado para inspeccionar el diámetro interior de agujeros.

Ejemplos de la simbología de instrumentación o simbología de instrumentos.

3.- Funcionamiento y aplicación de instrumentos de inducción

Instrumentos de Inducción

Funcionan a partir del campo magnético producido por dos electroimanes sobre un elemento móvil metálico (corrientes de Foucault).La medida es proporcional al producto de las corrientes de cada electroimán y por lo tanto, pueden utilizarse tanto en corriente continua como en corriente alterna. La aplicación más importante de los instrumentos de inducción es como contadores de energía.

La función de un contador de energía es integrar en el tiempo la potencia eléctrica consumida por los clientes de la empresa prestataria del servicio eléctrico. Por esto es impropio el nombre de medidor de energía, y que no mide sino que cuenta cantidad de energía.

La energía utilizada o suministrada se puede determinar de la siguiente manera: cuando de una línea recibe una corriente "i" bajo la tensión "u", donde tanto "u" como "i" pueden variar en el tiempo (lo habitual es que "i" varíe y "u" se mantenga constante), la potencia instantánea es p=u*i y la energía A utilizada entre los instantes t1 y t2 seria la integral d la potencia por la derivada del tiempo evaluada de t1 a t2.

Se distinguen 3 tipos de energía a saber:

Energía eléctrica activa
Energía eléctrica reactiva
Energía eléctrica aparente

4.- Principio de Funcionamiento de los Higrómetros y Termómetros

Higrómetros

El higrómetro es el instrumento utilizado para medir la humedad relativa (HR) del aire, que es la cantidad de vapor de agua presente en un volumen de aire. Los higrómetros a menudo están disponibles en versiones que también miden la temperatura.

A los últimos normalmente se les llama termo-higrómetros. La humedad relativa se expresa como la proporción de la cantidad de vapor de agua presente en el aire en relación con la cantidad que lo saturaría a una temperatura dada.

El sistema de medición de los higrómetros está compuesto de un medidor conectado a una sonda. Esta sonda está basada en la capacitancia de un sensor de humedad con un polímero o material dieléctrico plástico con una constante dieléctrica fija (normalmente entre 2 y 15).

La humedad hace que el dieléctrico se dilate, distanciando así las placas con la consecuente variación de la geometría del capacitador y la reducción de su capacitancia. Estas variaciones de capacitancia a su vez causan un cambio de frecuencia en los componentes electrónicos del instrumento, que resulta en una modulación de frecuencia la cual es una función de la humedad relativa. La frecuencia se convierte entonces en voltaje, que se convierte en un valor de humedad relativa y se visualiza en pantalla.

Termómetros

La temperatura es una magnitud física que no puede ser medida de forma directa. Un termómetro es un instrumento que sirve para medir la temperatura de un cuerpo o sustancia, basado en el efecto que un cambio de temperatura produce en algunas propiedades físicas observables y en el hecho de que dos sistemas a diferentes temperaturas puestos en contacto térmico tienden a igualar sus temperaturas.

Entre las propiedades físicas en las que se basan los termómetros destaca la presión, el volumen, la longitud, la densidad y la diferencia de potencial, la dilatación de los gases, la dilatación de una columna de mercurio, la resistencia eléctrica de algún metal, la variación de la fuerza electromotriz de contacto entre dos metales, la deformación de una lámina metálica o la variación de la susceptibilidad magnética de ciertas sales paramagnéticas.

5.- Mencione los diferentes tipos de termómetro que existen y su uso como instrumentos de medición

Termómetro de vidrio

Es un tubo de vidrio sellado que contiene un líquido, generalmente mercurio, Tempoyertizador y platinium alcohol, 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 resistencia

Un termómetro de resistencia es un instrumento utilizado para medir las temperaturas aprovechando la dependencia de la resistencia eléctrica de métales, aleaciones y semiconductores (termistores) con la temperatura; tal es así que se puede utilizar esta propiedad para establecer el carácter del material como conductor, aislante o semiconductor.

El elemento consiste en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado, bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cerámica. El material que forma el conductor, se caracteriza por el "coeficiente de temperatura de resistencia" este se expresa en un cambio de resistencia en ohmios del conductor por grado de temperatura a una temperatura específica. Para casi todos los materiales, el coeficiente de temperatura es positivo, pero para otros muchos el coeficiente es esencialmente constante en grandes posiciones de su gama útil.

Características que deben poseer los materiales que forman el conductor de la resistencia Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de este modo el instrumento de medida será muy sensible.

Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a una temperatura dada, mayor será la variación por grado; mayor sensibilidad.
Relación lineal resistencia-temperatura.
Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos de fabricación de estirado y arrollamiento del conductor en las bobinas de la sonda a fin de obtener tamaños pequeños (rapidez de respuesta).

Materiales usados normalmente en las sondas

A) Platino

B) Níquel

C) Cobre

Termómetros termopar o termocupla.

Un termómetro termocupla básicamente es un transductor de temperatura, es decir un dispositivo que convierte una magnitud física en una señal eléctrica. Está constituida por dos alambres metálicos diferentes que, unidos, desarrollan una diferencia de potencial eléctrica entre sus extremos libres que es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperaturas entre estas puntas y la unión. Se suelen fabricar con metales puros o aleaciones (caso más común) y la característica más notable es que son empleados para medir temperaturas en un rango notablemente grande comparadas con otros termómetros. Los valores típicos del rango están entre 70 K y 1700 K, pudiéndose llegar en algunas circunstancias con aleaciones especiales hasta los 2000 K.

Un termómetro termocupla, en rigor mide diferencias de temperaturas y no temperaturas absolutas. Esto hace necesario el uso de una temperatura de referencia, por lo que suele emplearse un baño de agua con hielo (0ºC). El empleo de termocuplas para medir temperaturas está fundamentado en el efecto Seebeck, que a su vez es una combinación de dos efectos: el Thompson y el Peltier.

Termómetros infrarrojos

Todos los objetos emiten una energía en el espectro de las radiaciones infrarrojas, que se colocan entre las radiaciones visibles y las ondas radio. Los orígenes de la medición de las radiaciones infrarrojas (IR) se remontan al prisma ideado por Newton para la descomposición de la luz solar en los distintos colores del espectro visible y en energía electromagnética. En 1800 fue posible medir la energía relativa de cada color. Sin embargo, no fue hasta principios de siglo veinte cuando se pudo tener una medida de la energía de la radiación infrarroja.

Se descubrió que esta energía es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura del objeto. Hace 50 años, aparecieron los primeros termómetros con infrarrojos que usaron esta fórmula. Utilizan casi exclusivamente un sensor óptico que mide la energía térmica emitida por el objeto.

La señal analógica del sensor es amplificada, linealizada y convertida por un circuito, permitiendo visualizar en una pantalla la medición en grados Celsius o Fahrenheit.

La medición con termómetros infrarrojos está indicada en todos los casos en los cuales no sea recomendable una medición por contacto de la temperatura de la superficie, con una sonda tradicional. Las posibles aplicaciones de termómetros infrarrojos incluyen: la medición (sin penetración) de productos alimenticios, maquinaria en movimiento o en superficies con temperatura muy alta o con voltaje elevado.

Teóricamente, la superficie ideal para la medición con infrarrojos está representada por un cuerpo negro, cuya emisividad es igual a 1.0 La emisividad se define como la relación entre la energía emitida por un objeto a una cierta temperatura y la emitida por el radiador negro perfecto (o cuerpo negro) en la misma temperatura. Cuanto más reflectante sea la superficie a medir, menor precisión tendrán las mediciones. Así, el valor de emisividad de la mayor parte de materiales orgánicos y de superficies toscas u opacas está en torno a 0.95, y es, por lo tanto, adecuado para dediciones de IR.

Por otra parte, las superficies muy pulidas y reflectantes, como espejos o aluminio pueden no ser idóneas para este tipo de medición. Esto se debe a dos factores que son el poder reflectante y la transmisibilidad. El primero es la capacidad de un objeto de reflejar la radiación infrarroja, y la segunda es su capacidad de transmitirla. Otro factor importante es el área de medida. De hecho, los termómetros con infrarrojos miden la temperatura media del área del objeto que se encuentra en el campo de acción del sensor. Para un buen resultado, es importante que toda el área a medir esté en cuadrado en el campo de visión, sin obstáculos entre el medidor y el objeto. Es necesario además, tener en cuenta el coeficiente óptico del instrumento, es decir, la relación entre la distancia del objeto y el área a medir.

Pirómetro

Un pirómetro óptico es un instrumento utilizado para medir la temperatura de un cuerpo. Funciona comparando el brillo de la luz emitida por la fuente de calor con la de una fuente estándar.

El pirómetro consta de dos partes: un telescopio y una caja de control. El telescopio contiene un filtro para color rojo y una lámpara con un filamento calibrado, sobre el cual la lente del objetivo enfoca una imagen del cuerpo cuya temperatura se va a medir. También contiene un interruptor para cerrar el circuito eléctrico de la lámpara y una pantalla de absorción para cambiar el intervalo del pirómetro.

Este tipo de pirómetro óptico mide una temperatura que alcanza los 2.400 ºF, pero existen otros más complejos que pueden alcanzar los 10.000 ºF (5.538 ºC) o más.

También existe otro tipo de pirómetro, llamado termoeléctrico, que funciona de forma satisfactoria hasta los 3.000 ºF (1.649 ºC).

Termómetros de gas

El termómetro de gas de volumen constante, mencionado al hablar del establecimiento de la escala termodinámica de temperaturas, pertenece a la categoría de termómetros llenos de gas y es el más exacto de este tipo. Para usos industriales, un termómetro por presión de gas consta de un elemento que mide la presión, como el tubo Bourdon conectado por un tubo capilar a una ampolla que se expone a la temperatura que se ha de medir. El sistema se llena, a presión, con un gas inerte, ordinariamente el nitrógeno. Como el gas del elemento medidor y del tubo de conexión no está a la temperatura del bulbo, el volumen de éste tiene que ser grande para que los errores introducidos por la diferencia de temperatura del elemento medidor de la presión y del tubo capilar resulten insignificantes. El bulbo debe tener por lo menos cuarenta veces el volumen del resto del sistema. Por ello, y a causa del retardo en la transmisión de los cambios de presión por el tubo capilar, la longitud de éste se limita a un máximo de 60 m, y es preferible mucho menos.

La presión inicial en el termómetro de gas es ordinariamente de 10 a 35 Kg/cm². Las dimensiones de la escala menores de 50 grados no son recomendadas. Con una dimensión de escala de 200 grados. El tiempo de respuesta tiende a ser largo, en parte a causa de la necesidad de transmitir los cambios de presión por medio de un tubo de calibre fino y en parte a causa del gran volumen y escasa conductividad térmica del nitrógeno. Para el volumen suficiente, el bulbo tiene ordinariamente 22mm de diámetro, lo que da una respuesta lenta.

La temperatura es indicada por una aguja que se mueve sobre una escala graduada o se registra en un papel de gráficas sobre un cilindro por una pluma accionada por el elemento que mide la presión. La escala para los registradores rara vez es menor de 100 grados centesimales, pero en los aparatos indicadores el campo puede ser menor.

Los termómetros de gas a presión se emplean en temperaturas entre -450 °F y + 1000 °F (-268 °C y + 538 °C), lo cual queda parcial o enteramente fuera de los límites de los sistemas de vapor a presión y en aplicaciones en que la menor exactitud y el mayor tamaño del bulbo no exigen la elección de un termómetro de alto costo del tipo de expansión de líquido.

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.

Termómetros Digitales

Incorporan un microchip que actúa en un circuito electrónico y es sensible a los cambios de temperatura ofreciendo lectura directa de la misma.

Termómetro de globo

Para medir la temperatura radiante. Consiste en un termómetro de mercurio que tiene el bulbo dentro de una esfera de metal hueca, pintada de negro de humo. La esfera absorbe radiación de los objetos del entorno más calientes que el aire y emite radiación hacia los más fríos, dando como resultado una medición que tiene en cuenta la radiación. Se utiliza para comprobar las condiciones de comodidad de las personas.

Termómetro de bulbo húmedo

Para medir el influjo de la humedad en la sensación térmica. Junto con un termómetro ordinario forma un psicrómetro, que sirve para medir humedad relativa, tensión de vapor y punto de rocío. Se llama de bulbo húmedo porque de su bulbo o depósito parte una muselina de algodón que lo comunica con un depósito de agua. Este depósito se coloca al lado y más bajo que el bulbo, de forma que por capilaridad está continuamente mojado.

El termómetro de máxima de mínima utilizado en meteorología.

6.- Mediciones con fotometría e interferómetro, principios de funcionamiento y aplicaciones

Fotometría

La fotometría tiene diferentes acepciones. Si nos manejamos en el ámbito de la ciencia, entonces se trata de la disciplina que se encarga fundamentalmente de la medida de la luz. Por lo tanto, los estudios que realiza esta ciencia se centran en la capacidad con la que cuenta la radiación electromagnética para provocar estímulos en el sistema visual. Muchas veces a la fotometría se la iguala con la radiometría. Sin embargo, esta última se encarga de la medida de la luz, pero bajo una perspectiva diferente. Ahora bien, si retomamos a la fotometría bajo la mirada de la ciencia, debemos mencionar la importancia del rol del ojo humano y la función de la luminosidad fotópica que se trata de una función que muestra la sensibilidad relativa que tiene el ojo del hombre a toda la variedad de longitudes de onda que existen, como el caso del eje horizontal. Esto implica que el ser humano no posee una sensibilidad idéntica en relación a todas esas magnitudes. Justamente este hecho es abordado por la disciplina que nos ocupa, la cual además pondera todas las magnitudes radiométricas existentes, es decir, las medidas que hay para cada longitud de onda, con el agregado de un factor que representa la sensibilidad del ojo que a su vez se corresponde con esa longitud.

Todos estos pesos son presentados por la función de la luminosidad (calificada de "espectral") o bien por la eficiencia luminosa relativa que posee el ojo modelo. Es importante destacar que la luz, como también ocurre con todas las ondas de radio y los rayos X, se constituye en una forma de energía. Pero no toda la luz que se emite por una determinada fuente llega finalmente a la percepción del ojo humano para producir la sensación de luminosidad. Tampoco toda la energía que un foco consume se convierte efectivamente en luz. Todas estas cuestiones son tratadas a partir de la determinación de una serie de magnitudes de la fotometría, como el flujo luminoso, la luminancia o la eficiencia de la luz, sin olvidarse de la cantidad.

Magnitudes: La intensidad luminosa, en la fotometría, hace referencia a un flujo de luz, que es el que nos da una noción aproximada de la cantidad de luz que una determinada fuente puede llegar a emitir. La intensidad luminosa se puede definir por similitud con el flujo de luz que se emite por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta y específica. El símbolo de la luminosidad es I y su unidad es la candela, a la cual se la representa con la sigla "cd".

Otra magnitud es la iluminancia. Término básico de la fotometría que se constituye en el flujo luminoso que recibe una determinada superficie.

En cuanto al símbolo que la representa, el mismo es E, mientras que su unidad correspondiente es la "lux". La luminancia, por el contrario, es la relación que existe ente la intensidad luminosa y la superficie percibida por el ojo humano en una dirección específica.

Interferómetro

El interferómetro de Michelson consiste básicamente en una fuente láser divergente, la cual, al encontrarse un divisor de haz, es separada en dos frentes de onda idénticos, propagándose en direcciones perpendiculares. Estos haces se reflejan en sendos espejos planos, volviéndose a recombinar tras el divisor de haz. Si los espejos estuviesen situados a la misma distancia del divisor de haz, entonces, despreciando las diferencias debidas al espesor del espejo, los haces se recombinarían en fase, y no se obtendría ningún patrón de interferencia.

Si se alejan los espejos, entonces las diferencias de camino óptico producirá franjas de interferencia, que dependerán tanto de la distancia entre los espejos como de la longitud de onda de la radiación utilizada. Por esta razón, el interferómetro se utiliza tanto para determinar distancias como para determinar longitudes de onda.

La mejor forma de analizar el interferómetro de Michelson es considerar el esquema "equivalente", formado por las imágenes que de la fuente láser determinan los espejos, y alinear el sistema.

Los puntos F y F' son las imágenes que el sistema óptico determina para la fuente cuando se contempla desde la pantalla, siendo d la diferencia de camino (de ida y vuelta) entre los dos brazos del interferómetro.