Así si queremos que un amperímetro con resistencia interna de 5 ohmios, que, sin shunt, puede medir un máximo de 1 A pueda medir hasta 10 A, el shunt debe tener un poder multiplicador de 10, por tanto RS deberá ser:
GALVANÓMETRO
Los galvanómetros son aparatos que se emplean para indicar el paso de corriente eléctrica por un circuito y para la medida precisa de su intensidad.
Suelen estar basados en los efectos magnéticos o térmicos causados por el paso de la corriente. En el caso de los magnéticos pueden ser de imán móvil o de cuadro 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.
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.
ÓHMETRO
Un óhmetro u ohmímetro 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 del 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 Kelvin. 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.
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.
- Voltímetros digitales.- 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.
El primer voltímetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de "Non-Linear Systems" (y posteriormente fundador de Kaypro) en 1954.
Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión.
Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora.
Figura 1.- Conexión de un voltímetro en un circuito
En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas empleando complejos circuitos de aislamiento.
En la Figura 1 se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre los puntos de a y b de un circuito, entre los que queremos medir su diferencia de potencial.
En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que soportarían los devanados y órganos mecánicos del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta a una fracción de la tensión total. A continuación se ofrece la fórmula de cálculo de la resistencia serie necesaria para lograr esta ampliación o multiplicación de escala:
,
Donde:
N es el factor de multiplicación (N≠1) Ra es la Resistencia de ampliación del voltímetro Rv es la Resistencia interna del voltímetro
MULTÍMETRO
Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintas magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y ohmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad.
Existen distintos modelos que incorporan además de las tres funciones básicas antes citadas algunas de las siguientes:
Un comprobador de resistencia, que emite un sonido cuando el circuito bajo prueba no está interrumpido o la resistencia no supera un cierto nivel. (También puede mostrar en la pantalla 00.0, dependiendo el tipo y modelo).
Presentación de resultados mediante dígitos en una pantalla, en lugar de lectura en una escala. Amplificador para aumentar la sensibilidad, para la medida de tensiones o corrientes muy pequeñas o resistencias de muy alto valor. Medida de inductancias y capacitancias. Comprobador de diodos y transistores. Escalas y zócalos para la medida de temperatura mediante termopares normalizados.
Multímetro analógico.
Más raramente se encuentran también multímetros que pueden realizar funciones más avanzadas como:
Generar y detectar la Frecuencia intermedia de un aparato, así como un circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sintonía de circuitos de estos aparatos. Permiten el seguimiento de la señal a través de todas las etapas del receptor bajo prueba. Realizar la función de osciloscopio por encima del millón de muestras por segundo en velocidad de barrido, y muy alta resolución. Sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros multímetros, para hacer medidas de potencia puntual (Potencia = Voltaje * Intensidad).
Utilización como aparato telefónico, para poder conectarse a una línea telefónica bajo prueba, mientras se efectúan medidas por la misma o por otra adyacente. Comprobación de circuitos de electrónica del automóvil. Grabación de ráfagas de alto o bajo voltaje.
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.
Figura 1.-Disposición del Puente de Wheatstone
Figura 2.- imagen real
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 R2/R1) 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.
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 G.
La dirección de la corriente, en caso de desequilibrio, indica si R2 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 R1 es igual a R3, Rx es igual a R2 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 Rx siendo este procedimiento más rápido que el ajustar a cero la corriente a través del medidor.
Variantes del puente de Wheatstone se pueden utilizar para la medida de impedancias, capacidades e inductancias.
La disposición en puente también es ampliamente utilizada en instrumentación electrónica. Para ello, se sustituyen una o más resistencias por censores, que al variar su resistencia dan lugar a una salida proporcional a la variación. A la salida del puente (en la Figura 1, donde está el galvanómetro) suele colocarse un amplificador.
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.
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.
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
Figura 1.- Representación esquemática de un osciloscopio.
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.
Limitaciones del osciloscopio analógico
El osciloscopio analógico tiene una serie de limitaciones propias de su funcionamiento:
- Las señales deben ser periódicas. Para ver una traza estable, la señal debe ser periódica ya que es la periodicidad de dicha señal la que refresca la traza en la pantalla.
- Las señales muy rápidas reducen el brillo. Cuando se observa parte del período de la señal, el brillo se reduce debido a que la tasa de refresco disminuye.
- Las señales lentas no forman una traza. Las señales de frecuencias bajas producen un barrido muy lento que no permite a la retina integrar la traza. Esto se solventa con tubos de alta persistencia. También existían cámaras Polaroid especialmente adaptadas para fotografiar las pantallas de osciloscopios. Manteniendo la exposición durante un periodo se obtiene una foto de la traza.
- Sólo se pueden ver transitorios si éstos son repetitivos.
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.
1.1.2 INSTRUMENTOS HIDRAULICOS
Limnímetros de Punta y Gancho con Escala Vernier – H1-1/2/3
Medir la posición de la superficie del agua en estado estable durante los estudios hidráulicos. Esto se realiza ajustando manualmente una pequeña punta o un pequeño gancho para que toque la superficie del agua, y leyendo el movimiento vertical en una escala o con un vernier (nonio).
USOS:
- Localización de la frontera aire-superficie del agua con alta resolución
- Medición de cambios lentos del nivel de agua en canales de flujo y modelos hidráulicos
- Medición de la deformación mecánica
DESCRIPCION:
Un bastidor de montaje se fija a una estructura apropiada de soporte, y una varilla medidora queda libre para deslizarse hacia arriba y hacia abajo por encima de la superficie del agua. Un gancho o una punta de acero inoxidable, fijado al extremo inferior de la varilla, se utiliza para localizar la superficie del agua.
La medición se realiza usando una escala primaria fijada al bastidor de montaje y una escala nonio fijada a la varilla. Los bordes de las dos escalas están en contacto.
La varilla está fijada en un collar con tornillo que permite un ajuste fino, y puede ser liberada del mismo para efectuar rápidamente cambios grandes de posición. Un tornillo de fijación situado en la escala nonio permite fijar la posición cero.
ESPECIFICACIONES:
Un aparato robusto de bajo coste para la medición de la posición de la superficie del agua con precisión de ±0.20mm. Bastidor de montaje en aluminio colado lacado. Varilla de medición y mecanismo de ajuste en latón revestido brillante. Suministrado completo con gancho y punta de acero inoxidable.
Limnímetros de Punta y Gancho Digitales – H1-7/8
La unidad de medición consta de una pantalla electrónica de cristal líquido que indica los movimientos de la pletina. Un mecanismo de liberación rápida permite efectuar rápidamente grandes cambios de posición, y un tornillo de ajuste permite un posicionamiento final preciso.
Un botón reinicia la pantalla a cero en cualquier posición, para poder medir movimientos relativos a un punto de referencia. Este indicador es fácil de usar y minimiza los posibles errores producidos por la lectura de una escala vernier.
ESPECIFICACIONES:
Un indicador de lectura directa que elimina errores de observación debidos a la lectura de escalas y nonios. Puede reiniciarse a cero en cualquier punto del rango de operación para facilitar las comprobaciones relativas. La pantalla de cristal líquido es fácil de leer y tiene una resolución de ±0,01mm. Un botón permite cambiar instantáneamente de milímetros a pulgadas, si se desea. Un mecanismo de liberación rápida permite rápidos cambios de posición.
Trípodes para Montar Limnímetros – H1-10/11
H1-10 Este soporte es adecuado para el uso con los Limnímetros de punta y gancho con escala vernier (H1-1, H1-2, H1-3) y los Tubos de Pitot (H30). Es imprescindible para poder utilizar los indicadores cómodamente en modelos físicos.
Un trípode fabricado en aleación de aluminio se apoya en tres varillas de acero inoxidable sujetas con tornillos. Las varillas son ajustables y permiten nivelar el soporte.
Para facilitar aún más la nivelación, la placa superior incorpora un nivel de burbuja circular. Una placa portadora montada sobre el trípode sirve de soporte para el medidor. Las varillas de soporte permiten variar la altura del conjunto completo.
H1-11Incluye todas las características del H1-10, pero incluye además accesorios y una placa de fijación que hacen posible usarlo con otros instrumentos, es decir, los limnímetros de punta y gancho digitales (H1-7, H1-8), y la microhélice usada en el H32.
Manómetros de Agua – Familia H12
Una gama de manómetros de laboratorio de propósito general que utilizan el desplazamiento de un líquido para medir la presión diferencial.
- instrumentos de bajo precio, fáciles de usar
- utilizables para una amplia gama de presiones usando diferentes fluidos de manómetro
DESCRIPCIÓN:
Una gama de manómetros que miden presiones diferenciales de agua hasta aproximadamente 12,5m H2O. Las escalas están graduadas en intervalos de 1mm.
H12-1: Manómetro diferencial de agua, escala de 1 metro
H12-2: Manómetro diferencial de agua presurizada, escala de 1 metro (el espacio de aire por encima de los tubos puede ser presurizado con la bomba suministrada)
H12-3: Manómetro diferencial de agua sobre mercurio, escala de 1 metro
H12-4: Manómetro diferencial de agua sobre mercurio, escala de 500 mm
H12-5: Manómetro diferencial de queroseno sobre agua, escala de 500 mm
Manómetro Electrónico Portátil – H12-8 Y h12-9
DESCRIPCIÓN:
Medidor de presión portátil a pilas apto para la medición de la presión efectiva (una sola entrada) o diferencial (entrada doble) de aire o agua.
La capacidad de medición es de hasta 2 Bar en modo diferencial, y la unidad puede soportar 6 Bar en cualquiera de los puertos sin sufrir daños. Alojado en una carcasa robusta e impermeable y diseñado para sujetar en la mano. Suministrado con conexiones para tubo flexible de 6mm.
Un valor de cero ajustable elimina desviaciones y una función de filtro promediador proporciona lecturas constantes en situaciones de presión fluctuante. Las lecturas pueden mostrarse en unidades de presión alternativas.
Puede suministrarse un certificado de calibración referido al National Physical Laboratory (NPL: calibración de 5 puntos) o el United Kingdom Accreditation Service (UKAS: calibración de 10 puntos) si se solicita junto con el medidor.
Esta unidad es especialmente apta para el uso en aplicaciones en las que se han utilizado tradicionalmente manómetros de mercurio. El uso del mercurio no es deseable en un entorno de laboratorio debido a su naturaleza peligrosa.
h12-8
Medidor de presión manual, versátil y portátil, que funciona a pilas, capaz de medir presiones de aire o agua de 0-2000 mBar (0-1500mm Hg).
H12-9:
Medidor de presión manual, versátil y portátil, que funciona a pilas, capaz de medir presiones de aire o agua de 0-140mBar (0- 99.99mm Hg).
Tubos de Pitot – Familia H30
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 – H32
- 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.
DESCRIPCION:
Una varilla fina de acero inoxidable de 200mm de longitud incorpora un cabezal censor en un extremo y un cable de 3 metros con conector BNC en el otro.
La unidad electrónica se alimenta de la red eléctrica e incorpora pantallas digitales para la visualización de tiempo transcurrido y recuentos de impulsos, y un medidor analógico que indica la velocidad instantánea del agua.
Incluye conectores de salida para TTL y una salida eléctrica analógica que proporciona una señal para un registrador sobre cinta de papel.
Medidor de Velocidad a Hélice – Familia H33
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 censor 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
DESCRIPCIÓN:
Un tubo delgado de acero inoxidable lleva el cabezal censor en un extremo y un conector BNC en el otro para conectar la sonda a la unidad indicadora.
El cabezal censor consiste en un impulsor de 5 álabes montado en un eje de acero endurecido sujetado entre pivotes cónicos bruñidos sobre cojinetes de relojería.
El impulsor puede moverse libremente dentro de una estructura protectora.
Un conductor de oro aislado termina a 0,1mm de la punta de los álabes del impulsor en rotación, de manera que se mide una impedancia variable entre la punta del álabe del impulsor y el extremo libre del conductor.
Esta variación es utilizada para modular una señal portadora proporcionada por el instrumento indicador y es aplicada a los circuitos del detector electrónico.
Está integrada la compensación automática de cambios en la conductividad del líquido.
Tras amplificación y filtrado para retirar la frecuencia portadora, se obtiene una señal de onda cuadrada.
Ésta se utiliza para impulsar un integrador de diodo que, en el caso del indicador analógico, proporciona una señal de corriente proporcional a la velocidad de rotación del impulsor.
En el caso del indicador digital, el recuento de revoluciones se compara con el tiempo transcurrido.
Sistemas con Sondas para la Medición de ONDAS – Familia H40
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.
DESCRIPCIÓN:
Cada sonda consta de un par de alambres de acero inoxidable que se sumergen en las olas de agua. La conductividad eléctrica entre los dos es medida, y es relacionada linealmente a su profundidad de inmersión y por tanto a la altura de la ola. El método está libre de efectos de menisco y de humectación.
El resultado es un sistema que ofrece una alta precisión dinámica en un amplio intervalo de alturas de ola y frecuencias.
La energización se realiza mediante una señal de excitación de frecuencia de audio que evita todos los efectos polarizantes en el interfaz del alambre.
La señal está equilibrada respecto a la tierra, para que el sistema sea inmune a tensiones de modo común entre el agua y la tierra del instrumento.
La frecuencia puede ser variada para permitir la operación de dos o más censores en estrecha proximidad sin interferencia mutua.
La sonda consta de dos alambres de acero inoxidable de 1,5mm de diámetro, de 300mm o 500mm de longitud, según se desee, y separación de 12,5mm.
Cada sonda está conectada a su propio módulo de monitorización de ola en la consola electrónica mediante un cable flexible de dos conductores de 10m de longitud.
La distancia entre la consola y la sonda puede aumentarse a 100m usando cables de baja corriente fáciles de adquirir.
El módulo de alimentación eléctrica y un número apropiado de módulos de monitorización de ola van montados en una consola, con acabado texturado de pintura azul mate y equipado con cuatro patas de goma y un asa de transporte.
Las placas de circuito de GRP de alta calidad van montadas de forma rígida en módulos de conexión de calidad industrial. Las conexiones traseras se realizan mediante conectores de clavija de calidad industrial.
Cada módulo es suministrado con un soporte calibrado que permite ajustar y comprobar fácilmente la calibración global del sistema, desde la sonda a un registrador o grabador de datos (a suministrar por el usuario), ya que el censor puede ser desplazado verticalmente en intervalos de 10mm hasta un máximo de 170mm.
El módulo de monitorización de ola proporciona señales de salida para excitar un registrador sobre cinta de papel o para entrada en un grabador de datos (ambos a suministrar por el usuario).
Los registros permiten la observación de altura, frecuencia y perfil de la ola. La velocidad de la ola puede medirse con dos censores, con una separación conocida entre sí, cada uno de los cuales proporciona una traza al registrador vía su propio módulo de monitorización.
El módulo incorpora un exclusivo sistema de compensación de la resistencia del cable de conexión de la sonda que asegura que la característica de la sonda permanezca lineal, incluso para grandes intervalos dinámicos.
La compensación se configura rápida y fácilmente desconectando el cable de la sonda y enchufándolo en dos conectores adicionales en el panel del módulo, y ajustando un potenciómetro preajustado.
No se requieren módulos o instrumentos de prueba adicionales. Un control de Batum o punto de referencia permite ajustar a cero la salida del módulo para cualquier profundidad de inmersión de la sonda. Una fuente de alimentación incorporada en la consola electrónica proporciona salidas reguladas de ±15V.
1.1.3 INSTRUMENTOS NEUMÁTICOS
Los instrumentos de medición neumáticos pertenecen a la clasificación de instrumentos de medición de Acuerdo al principio de operación. Son aquellos Dispositivos de medición que utilizan un gas presurizado, como aire para funcionar. Algunos ejemplos de Instrumentos Neumáticos son:
BAUMANÓMETRO
El baumanómetro es un instrumento que permite medir la fuerza que ejerce la sangre sobre las paredes de las arterias, su uso es de gran importancia para el diagnóstico médico, ya que permite detectar alguna anomalía relacionada con la presión sanguínea y el corazón.
También es conocido popularmente como "tensiómetro" o "esfigmomanómetro". El esfigmomanómetro puede ser de varios tipos: los tradicionales de columna de mercurio, los aneroides (de aguja en un dial circular) y los digitales. Con el uso de estos instrumentos se puede medir la presión o tensión arterial de manera indirecta, ya que se comprime externamente a la arteria y a los tejidos adyacentes y se supone que la presión necesaria para ocluir la arteria, es igual a la que hay dentro de ella.
El tensiómetro está constituido por las siguientes partes:
- Manómetro de mercurio o aneroide, para medir la presión de aire aplicada.
- Brazalete estándar con bolsa inflable.
- Bomba de caucho que infla la bolsa dentro del brazalete con aire.
- Tubo conector, que une la bomba con la bolsa y el manómetro.
MANÓMETRO
Un manoscopio 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 metálicos.
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:
p = p0 ± ρ.g.h
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.
BARÓMETRO
Un barómetro es un instrumento que sirve para medir la presión atmosférica, esto es, el peso de la columna de aire por unidad de superficie ejercida por la atmósfera. La forma más habitual es observar la altura de una columna de líquido cuyo peso compense el peso de la atmósfera.
El más conocido es el barómetro de mercurio, inventado por Torricelli en 1643. Un barómetro de mercurio está formado por un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. El tubo se llena de mercurio, se invierte y se coloca el extremo abierto en una cubeta llena del mismo líquido.
El nivel del mercurio en el tubo baja hasta una altura de unos 760 mm por encima del nivel en la cubeta (altura barométrica) y deja un vacío casi perfecto en la parte superior del tubo (cámara barométrica). Las variaciones de la presión atmosférica hacen que el líquido del tubo suba o baje ligeramente entre 737 y 775 mm.
Existen también barómetros metálicos, llamados barómetros aneroides o de Vidi, que están constituidos por una caja metálica en la cual se ha hecho el vacío parcial. La tapa superior lleva un resorte que equilibra la presión media atmosférica, mientras que la tapa de la caja es una membrana de una aleación metálica y elástica de forma ondulada que se deforma con facilidad, y se eleva o desciende en función de la variación de la presión.
Estos movimientos modifican la posición de una aguja que recorre una escala circular graduada en milímetros de presión por comparación con los barómetros de mercurio.
VACUÓMETROS
Los vacuómetros son aparatos destinados para medir presiones atmosféricas inferior a ésta. Existen varios tipos de vacuómetros, y suelen ser semejantes a los manómetros ya señalados. Los más conocidos en la industria son los del tipo metálico, cuyo funcionamiento es igual al manómetro del mismo tipo.
En lo que se refiere al aforamiento es igual al del manómetro ya que existen varias escalas.
Los vacuómetros tienen dos puntos o extremos fijos en su aforamiento; el cero, que es el punto de partida, o sea el punto atmosférico normal, y el máximo, que corresponde al vacío, donde no actúa la presión atmosférica, por lo tanto, entre los valores extremos de las escalas, existe una diferencia de 1033 Kg./cm2.
Las principales escalas en aforamiento de los vacuómetros son: Aforamiento en metros columna de agua; en el cual el espacio comprendido entre el "cero" y el "máximo", ha sido dividido en espacios que equivale cada uno un metro (1), es decir que habrá unos 10 espacios y una pequeña fracción final que corresponde a 33 cm. finales. Hay que tener en cuenta que en muchos casos, la escala solo comprende de 0 a 10, ya que en la práctica las bombas de vacío no pueden llegar a presiones tan elevadas.
El aforamiento está dado en centímetros o milímetros en columna de mercurio; en este caso, la escala está dividida en forma tal que desde el valor cero hasta el máximo, hay divisiones que corresponde a 76 ó 760 cm. o mm. de columna de mercurio, ya que como se ha indicado en otro lugar, el valor de 1033 Kg. se equilibran con una columna de mercurio de 1 cm. 2 cm. de sección y de 76 cm. de altura.
MANOVACUOMETRO
Este aparato nos sirve para medir la presión y la depresión y los principios son los ya indicados en la parte referida a los manómetros y vacuómetros.
CALIBRADORES DE LLANTAS
Este es usado para poder medir el nivel de inflado de las llantas.
1.1.4 INSTRUMENTOS MECÁNICOS
APARATOS ÓPTICOS PARA LA MEDICIÓN DE LA RUGOSIDAD: Se reservan generalmente para uso de los laboratorios y salas de metrología, por la delicadeza de su manejo.
BANCOS PARA MEDIR Ó MÁQUINAS PARA MEDIR LONGITUDES: Estas maquinas están destinadas fundamentalmente a la medición de longitudes, aun cuando mediante accesorios adecuados pueden algunas de ellas utilizarse también para mediciones angulares.
BLOQUES PATRÓN: Estas herramientas se usan para efectuar operaciones de calibración, de precisión y para calibrar otras herramientas de medición.
COMPARADORES: Son amplificadores que permiten efectuar la medición de una longitud por comparación, después de ser calibrada.
COMPARADORES DE AMPLIACIÓN MECÁNICA: También conocidos como comparadores de contacto como los tipos más corrientes son los de:
- ampliación por engranes
- ampliación por palanca.
COMPARADORES UNIVERSALES: Son aparatos de construcción mas resientes y que, debido a su reducción de tamaño y a la disposición de su palpador, permite mediciones en lugares difíciles e incluso imposible para los comparadores normales.
MEDIDOR DE ANILLOS EN EQUILIBRIO: Es un medidor del momento de torsión radial que utiliza un cuerpo anular hueco para convertir la presión diferencial correspondiente a una diferencial en la presión estática, en la rotación que se trasmite al registrador o indicador.
MANÓMETRO DE PESO MUERTO: Consta de un embolo maquinado con exactitud que se introduce de ajuste apretado, los dos de área de la sección transversal conocida.
MICRO MANÓMETRO: Sirven como estándares de presión en el intervalo de 0, 005 a 500 ml. De agua.
- Tipo micrométrico: En este tipo de micromanómetros, los efectos de menisco y por capilaridad se minimizan midiendo los desplazamientos de liquido con tornillos micrométrico dotados con índices ajustables de agua localizados en el centro, o cerca de el, de tubos transparentes grandes unidos en su base para formar una v
- Tipo prandtl: Consta de un recipiente de diámetro grande y un tubo inclinado con dos marcas conectados a través de un tubo flexible.
- Micromanometro de aire: Un micromanometro sumamente sencillo, de alta respuesta, usa aire como fluido de trabajo y, por consiguiente evita todos los defectos por capilaridad y de menisco que por lo general se encuentra en la manimetria con líquidos.
- Manómetro de mcleod: Este es un manómetro de mercurio modificado que se utiliza principalmente para medir presiones de vacío desde un ml. Hasta 0, 000 000 1 ml. De Hg. Mide una presión diferencial y, por consiguientes muy sensible.
MICROCALIBRADORES: Se utiliza para las mediciones de más alta medición en las salas de metrología.
MICROSCOPIO DE MEDICIÓN: Las aplicaciones de estos aparatos son similares a los de las maquinas de medir, pero su campo de medición es mas reducido, empleándose en consecuencia para la medición de piezas relativamente pequeñas, galgas, herramientas, etc.
NIVELES: Las reglas de borde recto y las escuadras se utilizan para inspeccionar superficies planas y ángulos rectos:
- Niveles de bolsillo.
- Niveles de dos ejes.
- Niveles de precisión
GIRÓMETRO ÓPTICO MONOCROMÁTICO: Es el mas exacto de todos los pirómetros de radiación y se utiliza como estándar de calibración por encima del punto de oro. Sin embargo esta limitado a temperaturas superiores a 700 C. ya que requiere que un operador humano compare visualmente las brillantes.
REGLAS DE ACERO: Es la herramienta de medición más simple y versátil de uso mecánico.
- Regla con temple de muelle.
- Reglas angostas.
- Reglas flexibles.
- Reglas de ganchos.
MICRÓMETRO: Es un dispositivo que mide el desplazamiento del husillo cuando este es movido mediante el giro de un tornillo, lo que convierte al movimiento giratorio del tambor en movimiento lineal del husillo. El desplazamiento de este lo amplifica la rotación del tornillo y el diámetro del tambor. Las graduaciones de alrededor de la circunferencia del tambor permiten leer un cambio pequeño en la posición del husillo.
MICRÓMETROS PARA APLICACIÓN ESPECIAL:
- Micrómetros para tubo: este tipo de micrómetro esta diseñado para medir el espesor de la pare3d de partes tubulares, tales como cilindros o collares.
Existen tres tipos los cuales son:
- Tope fijo esférico
- Tope fijo y del husill0o esféricos
- Tope flujo tipo cilíndrico
- micrómetro para ranuras: en este micrómetro ambos topes tiene un pequeño diámetro con el objeto de medir pernos ranurados, cuñeros, ranuras, etc., el tamaño estándar de la porción de medición es de 3 mm de diámetro y 10 mm de longitud.
- micrómetro de puntas: estos micrómetros tienen ambos topes en forma de punta. se utiliza para medir el espesor del alma de brocas, el diámetro de raíz de roscas externas, ranuras pequeñas y otras porciones difíciles de alcanzar. el ángulo de los puntos puede ser de 15, 30, 45, o 60 grados. las puntas de medición normalmente tiene un radio de curvatura de 0, 3 mm, ya que ambas puntas pueden no tocarse; un bloque patrón se utiliza para ajustar el punto cero. con el objeto de `proteger las puntas, la fuerza de medición en el trinquete es menor que la del micrómetro estándar de exteriores.
- micrómetro para ceja de latas: este micrómetro esta especialmente diseñado para medir los anchos y alturas de cejas de latas.
- micrómetro indicativo: este micrómetro cuenta con un indicador de carátula. el tope del arco `puede moverse una pequeña distancia en dirección axial en su desplazamiento lo muestra el indicador. este mecanismo permite aplicar una fuerza de medición uniforme a las piezas.
- micrómetro de exteriores con husillo no giratorio: en los micrómetros normales el husillo gira con el tambor cuando este se desplaza en dirección axial. a su vez, en este micrómetro el husillo no gira cuando es desplazado. debido a que el husillo no giratorio no produce torsión radial sobre las caras de medición, el desgaste de las mismas se reduce notablemente. este micrómetro es adecuado para medir superficies con recubrimiento, piezas frágiles y características de partes que requieren una posición angular específica de la cara de medición del husillo.
- micrómetro con doble tambor: una de las características del tipo no giratorio con doble tambor, es que la superficie graduada del tambor esta al ras con la superficie del cilindro en que están grabadas la línea índice y la escala vernier, lo cual permite lecturas libres de error de paralaje.
- micrómetro tipo discos para espesor de papel: este tipo es similar al micrómetro tipo discos de diente de engrane, pero utiliza un husillo no giratorio con el objeto de eliminar torsión sobre la superficie de la pieza, lo que hace adecuado para medir papel o `piezas delgadas.
- micrómetro de cuchillas: en este tipo los topes son cuchillas por lo que ranuras angostas cuñeros, y otras porciones difíciles de alcanzar pueden medirse.
- micrómetro para dientes de engrane: el engrane es uno de los elementos mas importantes de una maquina, por lo que su medición con frecuencia requerida para asegurar las características deseadas de una maquina. para que los engranes ensamblados funcionen correctamente, sus dientes devén engranar adecuadamente entre ellos sin cambiar su distancia entre los dos centros de rotación.
- tubular
- calibrador
- 3 puntos de contacto.
CALIBRADORES: El vernier es una escala auxiliar que se desliza a través de una escala principal para permitir en esta lectura fracciónales exactas de la mínima división.
Para lograr lo anterior una escala vernier esta graduada en un número de divisiones iguales en la misma longitud que n-1 divisiones de las escalas principales; ambas escalas están marcadas en la misma dirección. Una fracción de 1/n de la mínima división de la escala principal puede leerse.
VERNIER ESTANDAR: Este tipo de vernier es el más comúnmente utilizado, tiene n divisiones que ocupan la misma longitud que n-1 divisiones sobre la escala principal.
1.2 TERMINOLOGÍA Y SIMBOLOGÍA DE INSTRUMENTACIÓN
1.3 INSTRUMENTOS DE INDUCCIÓN
Los 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. Se utilizan habitualmente para la medida de energía eléctrica.
Por ejemplo:
El buen funcionamiento de un organismo, una máquina, etc., depende en gran medida del funcionamiento combinado de los distintos elementos que lo constituyen; si uno de éstos no realiza correctamente su función, desencadena el mal funcionamiento de todo el sistema. En principio, las anomalías se intuyen, pero para poder demostrarlas es necesaria la comprobación de algunas magnitudes características para compararlas con las que se dan en el sistema cuando el funcionamiento es el adecuado. En las instalaciones eléctricas, también es necesario evaluar o medir algunos parámetros o magnitudes del circuito eléctrico, como son la intensidad de corriente, la tensión eléctrica, la resistencia eléctrica, la potencia eléctrica o la energía eléctrica. Estas magnitudes nos van a indicar el buen funcionamiento de la instalación o posibles problemas.
En el campo de las medidas eléctricas hay que distinguir dos tipos de medidas: medidas de tipo industrial y medidas de laboratorio.
- Medidas industriales: son aquellas que se realizan directamente sobre el montaje o instalación eléctrica. Para realizarlas se necesitan aparatos que sean
Prácticos, con la posibilidad de ser tanto fijos como portátiles.
- Medidas de laboratorio: son aquellas que se realizan en condiciones idóneas y distintas de las ambientales. Se utilizan para verificar el funcionamiento de los aparatos de medida o para el diseño de aparatos y circuitos; estos aparatos suelen tener una mayor precisión que los utilizados en la industria, motivo por el cual son más delicados y costosos.
Cualidades de los aparatos de medida
Podemos decir que un aparato de medida será mejor o peor, atendiendo a las siguientes cualidades:
a) Sensibilidad: se define como el cociente entre la desviación de la aguja indicadora medida en grados y la variación de la magnitud que se está midiendo. Esta cualidad es específica de los aparatos analógicos.
b) Precisión: la precisión de un aparato de medida, está íntimamente relacionada con su calidad. Es más preciso un aparato cuanto más parecido sea el valor indicado a la medida real de dicha magnitud.
c) Exactitud: es un concepto parecido al de precisión, pero no igual. Un aparato es más exacto cuanto más parecidos sean el valor medido y el valor real por extensión, un aparato exacto es, a su vez, preciso, pero un aparato preciso no tiene por qué ser exacto.
d) Fidelidad: cuando al repetir varias veces la misma medida, el aparato da la misma indicación.
e) Rapidez: un aparato es rápido cuando se estabiliza en menos tiempo.
Errores en la medida
Al realizar medidas, los resultados obtenidos pueden verse afectados. El resultado lleva implícito la posibilidad de errar en la lectura, por ello es necesario conocer con profundidad como se cometen los errores, para poderlos prever y minimizar, de manera que seamos nosotros los que valoremos la veracidad de la medida realizada. Los errores en medidas
Eléctricas se pueden clasificar en sistemáticos y accidentales
a) Error sistemático es el originado por las características del aparato o de la actitud del observador. Entre los más frecuentes se pueden destacar los siguientes:
- Metodológicos: por utilizar un método inadecuado para realizar la medida, como por ejemplo la colocación de los aparatos de medida cuando se utiliza el método indirecto.
- Ambientales: son el resultado de la influencia de las condiciones físicas del entorno: temperatura, presión, humedad, campos magnéticos, etcétera.
- Personales: los que dependen de la pericia o habilidad del operador al realizar la medida; por ejemplo, la colocación de éste en la lectura.
- Instrumentales: son los causados por el desgaste de las piezas del aparato, o bien por el desgaste de la pila o batería que alimenta dicho aparato.
b) Accidentales: se producen de una forma aleatoria. No se pueden clasificar dada su gran variedad; aun así, no son de gran importancia en las medidas eléctricas.
Cada vez que realicemos una medida, debemos evitar desconfiar del valor obtenido, pero también razonar si el resultado está en relación con el valor que preveíamos o no se corresponde con éste. En caso de que exista gran diferencia, hemos de pensar que algo raro ocurre y hacer las comprobaciones necesarias.
Interpretación de las indicaciones inscritas en los aparatos de medidas
Los aparatos de medida llevan, en la parte inferior de la escala, unos símbolos que indican las características tanto constructivas como de funcionamiento de dicho aparato. En la Figura 5.4 se han resaltado estas indicaciones de las que se aclaran su significado a continuación.
Las inscripciones superiores de la zona resaltada (VDE), corresponden a las normas y certificaciones que cumple dicho aparato.
Significado de las inscripciones del aparato de la Figura anterior
Simbología utilizada en los aparatos de medidas eléctricas
Los aparatos de medida pueden ser analógicos o digitales; los primeros presentan la medida mediante un índice o aguja que se desplaza sobre una escala graduada, y los segundos
Presentan el valor en una pantalla o display mediante números.
1.4 FUNCIONAMIENTO, APLICACIÓN DE TERMÓMETROS
Un termómetro es un instrumento que sirve para medir la temperatura, 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.
La invención del termómetro se atribuye a Galileo, aunque el termómetro sellado no apareció hasta 1650. el instrumento de Galileo 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. Los modernos termómetros de alcohol y mercurio fueron inventados por el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit, quien también propuso la primera escala de temperaturas ampliamente adoptada, que lleva su nombre.
Entre las propiedades físicas en las que se basan los termómetros destaca 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.
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 termómetro de dilatación de líquidos Consta de una ampolla llena de líquido unida a un fino capilar, todo ello encerrado en una cápsula de vidrio o cuarzo en forma de varilla. La sensibilidad que se logra depende de las dimensiones del depósito y del diámetro del capilar, y en los casos más favorables es de centésimas de grado.
El rango de temperaturas en que es más fiable depende de la naturaleza del líquido empleado. Por ejemplo, con alcohol se logra buena sensibilidad y fiabilidad entre -100 ºC y 100 ºC, mientras que el termómetro de mercurio es indicado entre -30º y 600 ºC.
El termómetro más utilizado es el de mercurio, formado por un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por un extremo con una ampolla llena de mercurio. El conjunto está sellado para mantener un vacío parcial en el capilar. Cuando la temperatura aumenta, el mercurio se dilata y asciende por el capilar. La temperatura se puede leer en una escala situada junto al capilar. El termómetro de mercurio es muy utilizado para medir temperaturas ordinarias; también se emplean otros líquidos como alcohol o éter.
ESCALAS DE TEMPERATURA
Escala Fahrenheit
En 1714 Daniel Gabriel Fahrenheit creó el primer termómetro de mercurio, al que le registra la escala Fahrenheit y que actualmente es utilizado en los países de habla inglesa. Esta escala tiene como referencia inferior el punto de fusión de una mezcla de sales con hielo (0ºf) y como referencia superior el punto de ebullición del agua (212ºf).
Escala Celsius
Fue creada en 1742 por Andrés Celsius, es la más utilizada en el mundo, su referencia inferior esta basada en el punto de fusión del hielo (0ºc) y la superior en el punto de ebullición del agua (100ºc). Entre estas dos referencias existen 100 divisiones.
Escala kelvin
Fue creada en 1848 por William Thompson, lord kelvin. Ésta escala es la que se usa en la ciencia y esta basada en los principios de la termodinámica, en los que se predice la existencia de una temperatura mínima, en la cual las partículas de un sistema carecen de energía térmica. La temperatura en la cual las partículas carecen de movimiento se conoce como cero absoluto (0°k)
Escala Reamur
Grado Reamur (ºr), en desuso. Se debe a René-Antoine ferchault de Reamur (1683-1757), quien uso los mismos puntos que Celsius sólo que él repartió la diferencia en 80 grados. Esta escala se utilizó hasta los años 30 de nuestro siglo en Europa. La relación con la escala centígrada es: Reamur= (4/5)*Celsius
CONVERSIONES
CELCIUS Y KELVIN
Para pasar de la escala centígrada a la escala Kelvin, bastará con sumar 273 a la temperatura obtenida en la escala Celsius. Y para pasar a la escala Celsius a partir de la escala Kelvin sólo tendremos que restar a ésta 273.
CELSIUS Y FAHRENHEIT
El paso de la escala centígrada al Fahrenheit y viceversa es más complicado. En primer lugar 0ºC equivalen a 32ºF, así que a la temperatura en la escala Fahrenheit tendremos, primero, que restarle 32. Pero además, un intervalo de 100ºC es igual que 180ºF. Así, podemos escribir:
FAHRENHEIT Y KELVIN
Para pasar de la escala absoluta a la escala Fahrenheit, aunque es posible describir una fórmula, es más fácil usar la escala centígrada como paso intermedio. Así en el cambio de Kelvin a Fahrenheit, convertiríamos de la escala Kelvin a la Celsius y de ésta al Fahrenheit. Y para pasar de Fahrenheit a Kelvin, en primer lugar pasaríamos a centígrada y de esta última a la escala Kelvin
TIPOS DE TERMÓMETROS
Hay varios tipos de dispositivos que se utilizan como termómetros. El requisito fundamental es que empleen una propiedad fácil de medir (como la longitud de una columna de mercurio) que cambie de forma marcada y predecible al variar la temperatura. Además, el cambio de esta propiedad termométrica debe ser lo más lineal posible con respecto a la variación de temperatura. En otras palabras, un cambio de dos grados en la temperatura debe provocar una variación en la propiedad termométrica dos veces mayor que un cambio de un grado, un cambio de tres grados una variación tres veces mayor, y así sucesivamente
TERMÓMETROS DE LÍQUIDO
Los termómetros de líquido encerrado en vidrio son, ciertamente, los más familiares: el de mercurio se emplea mucho para tomar la temperatura de las personas, y, para medir la de interiores, suelen emplearse los de alcohol coloreado en tubo de vidrio.
Los de mercurio pueden funcionar en la gama que va de -39 °C (punto de congelación del mercurio) a 357 °C (su punto de ebullición), con la ventaja de ser portátiles y permitir una lectura directa. No son, desde luego, muy precisos para fines científicos.
El termómetro de alcohol coloreado es también portátil, pero todavía menos preciso; sin embargo, presta servicios cuando más que nada importa su cómodo empleo. Tiene la ventaja de registrar temperaturas desde -112 °C (punto de congelación del etanol, el alcohol empleado en él) hasta 78 °C (su punto de ebullición), cubriendo por lo tanto toda la gama de temperaturas que hallamos normalmente en nuestro entorno.
TERMÓMETROS DE GAS
El termómetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un margen de aplicación extraordinario: desde -27 °C hasta 1477 °C. Pero es más complicado, por lo que se utiliza más bien como un instrumento normativo para la graduación de otros termómetros. El termómetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas -helio, hidrógeno o nitrógeno, según la gama de temperaturas deseada- y un manómetro medidor de la presión. Se pone la ampolla del gas en el ambiente cuya temperatura hay que medir, y se ajusta entonces la columna de mercurio (manómetro) que está en conexión con la ampolla, para darle un volumen fijo al gas de la ampolla. La altura de la columna de mercurio indica la presión del gas. A partir de ella se puede calcular la temperatura.
TERMÓMETRO DE RESISTENCIA
La resistencia eléctrica de un conductor o un semiconductor varía con la temperatura. En este fenómeno se basa el termómetro de resistencia, en el que se aplica una tensión eléctrica constante al termistor, o elemento censor. Para un termistor dado, a cada temperatura le corresponde una resistencia eléctrica diferente. La resistencia se puede medir mediante un galvanómetro lo que permite hallar la temperatura. Para medir temperaturas entre -50 y 150 ºC se utilizan diferentes termistores fabricados con óxidos de níquel, manganeso o cobalto. Para temperaturas más altas se emplean termistores fabricados con otros metales o aleaciones; Usando circuitos electrónicos adecuados, la lectura del galvanómetro se puede convertir directamente en una indicación digital de la temperatura.
Termómetro de resistencia de platino
El termómetro de resistencia de platino depende de la variación de la resistencia a la temperatura de una espiral de alambre de platino. Es el termómetro más preciso dentro de la gama de -259 °C a 631 °C, y se puede emplear para medir temperaturas hasta de 1127 °C. Pero reacciona despacio a los cambios de temperatura, debido a su gran capacidad térmica y baja conductividad, por lo que se emplea sobre todo para medir temperaturas fijas.
TERMÓMETRO DIGITAL
Con excelente precisión repetibilidad, tienes construcciones robustas y son inmunes a las vibraciones, a la humedad y a las interferencias. Se emplean display luminoso que permite la lectura inclusive en la oscuridad. Poseen una resolución de 1°C, es decir que cambian la indicación de grado en grado. Sin embargo, a pedido se pueden suministrar con una resolución de 0,1°C
TERMOPAR
Un termopar es un dispositivo utilizado para medir temperaturas basado en la fuerza electromotriz que se genera al calentar la soldadura de dos metales distintos. Es posible efectuar mediciones de temperatura muy precisas empleando termopares en los que se genera una pequeña tensión (del orden de milivoltios) al colocar a temperaturas distintas las uniones de un bucle formado por dos alambres de distintos metales. Para incrementar la tensión se pueden conectar en serie varios termopares para formar una termopila. Como la tensión depende de la diferencia de temperaturas en ambas uniones, una de ellas debe mantenerse a una temperatura conocida; en caso contrario hay que introducir en el dispositivo un circuito electrónico de compensación para hallar la temperatura del censor. Los termistores y termopares tienen a menudo elementos censores de sólo uno o dos centímetros de longitud, lo que les permite responder con rapidez a los cambios de la temperatura y los hace ideales para muchas aplicaciones en biología e ingeniería.
- micrómetros de interiores: al igual que los micrómetros de exteriores los de interiores están diversificados en muchos tipos para aplicaciones específicas y pueden clasificarse en los siguientes tipos:
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