Descargar

Instrumentación Básica (página 2)

Partes: 1, 2

Higrómetro químico

El higrómetro químico es aquel cuyo funcionamiento se basa en la afinidad que existe entre el agua y el ácido sulfúrico. Es un dispositivo en el cual circula un volumen de aire determinado en contacto con una cierta cantidad del citado ácido. El aumento de peso que experimenta la solución de sulfúrico indica la cantidad de agua presente en el volumen de aire estudiado.

Termómetros

Todos sabemos que para medir la temperatura del aire se usan los termómetros. Sin embargo existen varios tipos de estos aparatos.

Termómetros de líquido en tubo de vidrio

Es el más común de todos. Los líquidos que se utilizan más frecuentemente son el mercurio y el alcohol etílico. El mercurio no se puede emplear como líquido termométrico más que por encima de los -36º C, por que su punto de congelación se encuentra precisamente a esta temperatura. Para temperaturas muy bajas, el alcohol etílico puro 100/100, da resultados satisfactorios.

Estos termómetros están constituidos por un depósito de vidrio, esférico o cilíndrico, que se prolonga por un tubo capilar también de vidrio, cerrado por el otro extremo. Por el calor, el líquido encerrado en el depósito se expande y asciende por el tubo de vidrio. La temperatura se lee gracias a una escala graduada cuyo valor corresponde al extremo de la columna del líquido cuando ésta se para.

Termómetros de líquido en envoltura metálica

El órgano sensible de este termómetro es, realmente, un manómetro calibrado para indicar temperaturas. Este tipo de instrumento se utiliza a menudo como termómetros en los motores de los automóviles.

Algunos termógrafos también están basados en este principio. En este caso la pluma indicadora tiene en su extremo un dispositivo con tinta que se desplaza sobre un diagrama arrollado en un cilindro que gira a velocidad constante.

Termómetros de par termoeléctrico

Un termopar se compone de dos hilos de metales diferentes soldados en sus extremos. Cuando las temperaturas de cada soldadura son diferentes, se origina una fuerza electromotriz que es función de esa diferencia de temperatura, la cual viene indicada por un voltímetro calibrado.

Los termómetros de par termoeléctrico se utilizan mucho como piranómetros, es decir, como instrumentos para medir temperaturas muy elevadas y también en ciertas aplicaciones se usan para medir temperaturas extraordinariamente bajas.

Termómetros bimetálicos

El órgano sensible llamado lámina bimetálica está formado por dos láminas metálicas escogidas entre metales que tengan sus coeficientes de dilatación lo mas dispares posibles, y están soldados una contra la otra, a lo largo de toda su longitud. Cuando la temperatura varía, una de las láminas se dilata más que la otra, obligando a todo el conjunto a curvarse sobre la lámina más corta.

Las láminas bimetálicas pueden inicialmente estar enrolladas en espiral. En este caso la lámina interior esta hecha del metal que se dilata más. De esta forma, cuando la temperatura aumenta la espiral se desenrolla. El movimiento se amplifica mediante un sistema de palancas sujetas a la extremidad de la espiral y que termina en una aguja que indica la temperatura.

Este principio se usa generalmente en los termógrafos para obtener un registro continuo de la temperatura.

Termómetros de resistencia de platino

El principio en que se basa el funcionamiento de este termómetro es la variación de resistencia de un hilo de platino en función de la temperatura. Una pila proporciona la corriente eléctrica y un aparato de medida permite traducir las variaciones de resistencia en indicaciones de temperaturas. También se puede construir este tipo de instrumentos de forma que proporcionen un registro continuo de la temperatura. El termómetro de resistencia de platino es uno de los aparatos más precisos que permite medir una gran gama de temperaturas.

Termistancias

La conductividad de ciertas sustancias químicas varía notablemente con la temperatura; su resistencia eléctrica disminuye cuando la temperatura aumenta. Esta propiedad es la que se aprovecha para construir los termómetros de termistancias.

Tienen la ventaja de que son robustos y de pequeñas dimensiones y por esta razón se utilizan como termómetros en los radiosondas. La resistencia del circuito eléctrico varía a medida que la temperatura cambia con la altitud y estas variaciones modulan las señales radioeléctricas transmitidas a un receptor que se encuentra en la superficie terrestre. Estas señales se registran a su vez sobre un diagrama y permite determinar la temperatura del aire a diferentes niveles, hasta una altitud de 30 Km aproximadamente.

Termómetros infrarrojos

La radiación infrarroja es una parte de la luz solar y puede descomponerse reflejándose a través de un prisma. Esta radiación posee energía. A principios del siglo XX, los científicos Planck, Stefan, Boltz- mann, Wien y Kirchhoff definían las actividades del espectro electromagnético y establecían equipa- raciones para describir la energía infrarroja.

Esto hace posible definir la energía en relación con curvas de emisión de un cuerpo negro. Los objetos con una temperatura por encima del punto cero absoluto irradian energía. La cantidad de energía crece de manera proporcional a la cuarta potencia de la temperatura.

Este concepto es el principio básico de la medición de la temperatura por medio de infrarrojos. Con el factor de emisión se introduce una variable en esta regularidad. El factor de emisión es una medida para la relación de las radiaciones que emiten un cuerpo gris y un cuerpo negro a igual temperatura. Un cuerpo gris es un objeto que tiene el mismo factor de emisión en todas las longitudes de onda. Un cuerpo no gris es un objeto cuyo factor de emisión cambia con la longitud de onda, por ejemplo el aluminio. Como norma general se considera que el factor de emisión es igual al factor de absorción.

Para superficies brillantes, el factor de emisión puede ser ajustado en los termómetros infrarrojos de modo manual o automático, para así corregir los errores en la medición. En la mayoría de las aplicaciones esto es muy sencillo de realizar. Para los casos en los que el factor de emisión no es constante, se puede resolver el problema midiendo en dos o más longitudes de onda.

Los termómetros infrarrojos se fabrican con muchas configuraciones, diferenciándose por sus componentes óptico o electrónico, por su tecnología, tamaño y carcasa. Todos tienen en común la cadena de transformación de señales, en cuyo comienzo se encuentra una señal IR y en cuyo final hay una señal de salida electrónica. Esta cadena de medición genérica comienza con un sistema óptico de lentes y / o conductores de ondas de luz, filtros y el detector. Este termómetro mide la temperatura en una superficie, y de forma segura y precisa de los objetos calientes o difíciles de acceso.

EL Interferómetro

EL Interferómetro es un instrumento que emplea la interferencia de ondas de luz para la medida ultra precisa de longitudes de onda de la luz misma, de distancias pequeñas y de determinados fenómenos ópticos.

Existen muchos tipos de interferómetros, pero en todos ellos hay dos haces de luz que recorren dos trayectorias ópticas distintas determinadas por un sistema de espejos y placas que finalmente se unen para formar franjas de interferencia.

Para medir la longitud de onda de una 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" y varía así 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.

El interferómetro de Michelson, inventado por Albert Abraham Michelson es un interferómetro que permite medir distancias con una precisión muy alta. Su funcionamiento se basa en la división de un haz coherente de luz en dos haces para que recorran caminos diferentes y luego converjan nuevamente en un punto. De esta forma se obtiene lo que se denomina la figura de interferencia que permitirá medir pequeñas variaciones en cada uno de los caminos seguidos por los haces. Este interferómetro fue usado por Michelson junto con Edward Morley para probar la no existencia del éter, en el que se denominó experimento de Michelson-Morley.

Principio de funcionamiento.

En un principio, la luz es dividida por una superficie semi espejada (o divisor de haz) en dos haces. El primero es reflejado y se proyecta hasta el espejo (arriba), del cual vuelve, atraviesa la superficie semi espejada y llega al detector. El segundo rayo atraviesa el divisor de haz, se refleja en el espejo (derecha) luego es reflejado en el semi espejo hacia abajo y llega al detector.

El espacio entre el semi espejo y cada uno de los espejos se denomina brazo del interferómetro. Usualmente uno de estos brazos permanecerá inalterado durante un experimento, mientras que en el otro se colocarán las muestras a estudiar.

Hasta el observador llegan dos haces, que poseen una diferencia de fase dependiendo fundamentalmente de la diferencia de camino óptico entre ambos rayos. Esta diferencia de camino óptico puede depender de la posición de los espejos o de la colocación de diferentes materiales en cada uno de los brazos del interferómetro. Esta diferencia de camino hará que ambas ondas puedan sumarse constructivamente o destructivamente, dependiendo de si la diferencia es un número entero de longitudes de onda (0, 1, 2,…) o un número entero más un medio (0,5; 1,5; 2,5; etc.) respectivamente.

En general se emplean lentes para ensanchar el haz y que sea fácilmente detectable por un fotodiodo o proyectando la imagen en una pantalla. De esta forma el observador ve una serie de anillos, y al desplazar uno de los espejos notará que estos anillos comienzan a moverse. En esta forma se puede explicar la conservación de la energía, ya que la intensidad se distribuirá en regiones oscuras y regiones luminosas, sin alterar la cantidad total de energía.

Aplicaciones.

Generalmente cuando se monta un Michelson se observa una figura de interferencia inicial, de la que no se puede determinar cuál es la diferencia de camino, porque si se observa una suma constructiva sólo se puede inferir que la diferencia es múltiple de la longitud de onda. Por esto el interferómetro se usa para medir pequeños desplazamientos; una vez que se tiene una figura de interferencia inicial, al cambiar la posición de uno de los espejos se verá que las franjas de interferencia se mueven. Si tomamos un punto de referencia, por cada franja que lo atraviese habremos movido el espejo una distancia equivalente a una longitud de onda (menor al micrómetro.)

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 para medir el contorno de la superficie de los espejos de los telescopios. Los índices de refracción de una sustancia también pueden medirse con el interferómetro, y se calculan a partir del desplazamiento en las franjas de interferencia causado por el retraso del haz. El principio del interferómetro también se emplea para medir el diámetro de estrellas grandes relativamente cercanas, como por ejemplo Betelgeuse. Como los interferómetros modernos pueden medir ángulos extremadamente pequeños, se emplean "también en este caso en estrellas gigantes cercanas" para obtener imágenes de variaciones del brillo en la superficie de dichas estrellas.

El principio del interferómetro se ha extendido a otras longitudes de onda, y en la actualidad está generalizado su uso en radioastronomía.Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Interfer%C3%B3metro_de_Michelson"

Fotómetro

Principio de Funcionamiento.

El color de cada objeto que vemos está determinado por un proceso de absorción y emisión de la radiación electromagnética (luz) de sus moléculas. El análisis fotométrico está basado en el principio de que muchas sustancias reaccionan unas con otras y forman un color que puede indicar la concentración de la sustancia a medir.

Cuando una sustancia se expone a un haz de luz de intensidad I0 una parte de la radiación es absorbida por las moléculas de la sustancia, y se emite una radiación de intensidad I más baja que I0.

La cantidad de radiación absorbida la da la Ley de Lambert-Beer:

    A = log I0 / I

La absorción también se da por A = el c d

Donde    el = coeficiente de extinción molar de la sustancia a una longitud de onda l

                c = concentración molar de la sustancia.

             d = distancia óptica que la luz viaja a través de la muestra.

Por lo tanto, la concentración "c" puede calcularse por el color de la sustancia determinado la radiación emitida I, ya que los demás factores se conocen.

Mostramos a continuación un diagrama de bloque típico de un fotómetro:

Un LED (Diodo Emisor de Luz) monocromático emite una radiación a una única longitud de onda, facilitando al sistema la intensidad I0. Dado que una sustancia absorbe el color complementario de aquel que emite (por ejemplo, una sustancia parece amarilla porque absorbe luz azul), algunos fotómetros usan un LEDs que emiten la longitud de onda apropiada para medir la muestra.

La distancia óptica se mide por la dimensión de la cubeta que contiene la muestra. La célula fotoeléctrica recoge la radiación I emitida por la muestra y la convierte en corriente eléctrica, produciendo un potencial en el rango mV.

El microprocesador usa este potencial para convertir el valor de entrada en la unidad de medición deseada y mostrarla en la pantalla VCL. De hecho, la preparación de la solución a medir tiene lugar bajo condiciones conocidas, que se programan en el microprocesador del medidor en forma de curva de calibración. Esta curva se usa como referencia para cada medición. Entonces es posible dosificar concentraciones desconocidas de la muestra y provocar una reacción colorimétrica, y de esta forma obtener el mV correspondiente a la intensidad I emitida (el color de la muestra). Por medio de la curva de calibración, se puede determinar la concentración de la muestra que corresponde al valor mV:

Fuentes

 

 

 

Autor:

Aguirre Hermosillo Raul Fernando

Allan Isral Guerrero Garcia

Partes: 1, 2
 Página anterior Volver al principio del trabajoPágina siguiente