Instrumentación básica. Instrumentos de medición eléctrica (página 2)

Diferentes tipos de instrumentos de medición:

• Voltímetro magneto eléctrico.
• Amperímetro magnetoeléctrico. Mide la intensidad de la corriente en el circuito y, por ende, se conecta en serie con la fuente y con el receptor. En consecuencia la corriente que se mida debe pasar en su totalidad a través del amperímetro.
• Ohmetro magnetoeléctrico. Consta de un sistema magneto eléctrico indicador, de una fuente de energía y de un sistema regulador. Existen dos tipos: 1º.- la resistencia a medir se conecta en serie con el miliamperímetro. 2º.- la resistencia a medir se conecta en paralelo con el miliamperímetro.

OTROS INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVIL

• Instrumento magneto eléctrico con rectificadores.- Posee: *más ventajas. * gran sensibilidad, * no le afectan los campos magnéticos externos y, * resiste sobrecargas.
• Termoeléctricos consiste en un traductor termoeléctrico y un mili voltímetro magnetoeléctrico cuya escala esta graduada en unidades correspondientes a la magnitud de la medida.

INSTRUMENTOS DE HIERRO MÓVIL

Se utilizan dos variantes de estos instrumentos

• De atracción: es de funcionamiento de sistema de mononucleo.
• De repulsión: también llamado poli núcleo; fijo y móvil.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ELÉCTRICA DE USO COMÚN

• Voltímetro.- es el instrumento que mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el voltio (V).Sus características son también parecidas al galvanómetro, pero con una resistencia en serie, básicamente se constituye conectando en serie dos bobinas, una fija y una móvil.
• Amperímetro.- Es el instrumento que mide la intensidad de la corriente eléctrica. Su unidad de medida es el amperio. Sus usos dependen del tipo de corriente. Se conecta en serie con el receptor cuya intensidad se mide de manera que la intensidad que circula por el instrumento depende del receptor. Se pueden conectar las bobinas (fija y móvil) tanto en serie como en paralelo.
• Wattimetro. El sistema electrodinámico se presta especialmente para la construcción del wattimetro. Es un instrumento que mide potencia activa. Según su uso se divide en monofasicos y trifásicos.
• Ohmiómetro.- es un arreglo de los circuitos del voltímetro y del amperímetro, pero con una batería y una resistencia. Su principal utilidad consiste en conocer el valor ohmico de una resistencia desconocida y de esta forma, medir la continuidad de un conductor y por supuesto detectar las averías en circuitos desconocidos dentro de los equipos
• Galvanómetro.- aparato que se emplea para indicar el paso de la corriente eléctrica por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Los galvanómetros suelen ser basados en los efectos magnéticos o térmicos causados por el paso de la corriente.
• Electro dinamómetros, medidores de aleta de hierro, medidores de termopar, el multímetro (análogo y digital), el puente de wheatstone y el vatímetro son otros instrumento de medición que se utilizan mucho en el sector industrial e incluso en el de servicios.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN MECÁNICOS

Aquí mostramos algunos instrumentos de medición mecánicos los cuales son los más frecuentemente usados por las empresas en este ramo:

Gramil normal y digital

Pie de rey

Toda tarea mecánica lleva consigo la necesidad de tomar medidas de las piezas y trabajos que se están realizando, por lo que existen un conjunto básico de instrumentos de medida, tales como.

• Cinta métrica. Es un instrumento de medición que se construye en una delgada lámina de acero al cromo, o de aluminio, o de un tramado de fibras de carbono unidas mediante un polímero de teflón (las más modernas). Las cintas métricas más usadas son las de 10, 15, 20, 25, 30, 50 y 100 metros.

• Escuadra. La escuadra que se utiliza en los talleres es totalmente de acero, puede ser de aleta o plana y se utiliza básicamente para trazado y la verificación de perpendicularidad de las piezas mecanizadas.

• Flexómetro. Es un instrumento de medición parecido a una cinta métrica, pero con una particularidad que está construido de chapa elástica que se enrolla en fuelle tipo persiana, dentro de un estuche de plástico. Se fabrican en longitudes comprendidas entre uno y cinco metros, y algunos estuches disponen de un freno para impedir el enrollado automático de la cinta.

• Goniómetro (instrumento). Es un instrumento de medición que se utiliza para medir ángulos, comprobación de conos, y puesta a punto de las máquinas–herramientas de los talleres de mecanizado.

• Gramil. Es un instrumento de medición y trazado que se utiliza en los laboratorios de metrología y control de calidad, para realizar todo tipo de trazado en piezas como por ejemplo ejes de simetría, centros para taladros, excesos de mecanizado etc.

Micrómetro

• Micrómetro (instrumento). Es un instrumento de medición cuyo funcionamiento está basado en el tornillo micrométrico que sirve para medir con alta precisión del orden de centésimas en milímetros (0,01 mm) y de milésimas de milímetros (0,001 mm) (micra) las dimensiones de un objeto.

• Nivel (instrumento) Es un instrumento de medición utilizado para determinar la horizontalidad o verticalidad de un elemento. Existen distintos tipos y son utilizados por agrimensores, carpinteros, albañiles, herreros, trabajadores del aluminio, etc. Un nivel es un instrumento muy útil para la construcción en general e incluso para colocar un cuadro ya que la perspectiva genera errores.

Reloj comparador

• Pie de rey. El calibre o pie de rey, es un instrumento para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros (1/10 de milímetros o hasta 1/20 de milímetro).

• Regla (instrumento) . Es un instrumento de medición, construida de metal, madera o material plástico, que tiene una escala graduada y numerada en centímetros y milímetros y su longitud total rara vez supera el metro de longitud.

• Reloj comparador. Es un instrumento de medición que se utiliza en los talleres e industrias para la verificación de piezas ya que por sus propios medios no da lectura directa, pero es útil para comparar las diferencias que existen en la cota de varias piezas que se quieran verificar.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN HIDRÁULICOS

Entre los instrumentos de medición hidráulicos tenemos:

• Limnímetros de punta y gancho con escala vernier
• Limnímetros de punta y gancho electrónicos
• Manómetros de agua abierta
• Manómetros de agua presurizada
• Manómetros de mercurio
• Manómetros de queroseno
• Medidores electrónicos de presión
• Tubos de Pitot
• Medidor de turbulencia y velocidad
• Medidor de velocidad de hélice
• Sistemas de medición de ondas.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN NEUMÁTICOS

Los instrumentos de medición neumáticos pertenecen a la clasificación de instrumentos de medición de acuerdo al principio de operación.

Estos instrumentos requieren de aire o gas para su funcionamiento.

Algunos ejemplos de instrumentos neumáticos son:

• El baumanometro.- 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 diagnostico medico, ya que permite detectar alguna anomalía relacionada con la presión sanguínea y el corazón.
• Calibradores de llantas.- conocidos comúnmente como gauges, usado para poder medir el nivel de inflado en las llantas

SIMBOLOGÍA

A).-Símbolos de información general

• Marca de la fábrica.
• Numero de fabricación
• Año de fabricación
• Unidad de medición

B).- Símbolos correspondientes al uso

• Sistema de motor
• Sistemas de corriente.
• Clase de exactitud
• Posición de trabajo
• Tensión de prueba de aislamiento
• Observaciones especiales.

Símbolos de sistema motor:

INSTRUMENTOS DE INDUCCIÓN

El momento motor se produce debido a la generación de corrientes Foucault. Se fabrican en bajas clases de exactitud por lo general instrumentos de tablero. La medida es proporcional al producto de las corrientes de cada electroimán.

• De inducción simple.- Se emplean para amperímetros, voltímetros y como mas importante en medidores de energía. Para corriente alterna únicamente.
• De inducción diferenciales.- Frecuencimetros.

HIGRÓMETROS Y TERMÓMETROS

Un higrómetro y humidimetro es un aparato que mide la humedad relativa en base al cambio de largo de un pelo que no tiene grasa, que esta de acuerdo con el contenido de vapor de agua en el aire, el alargamiento o acortamiento del pelo es transmitido por medio de un sistema de palanca, al indicador de una escala graduada en porcentaje de unidad relativa.

HIGRÓMETRO.-

Es un instrumento que se usa para medir el grado de humedad del aire, o un gas determinado, por medio de sensores que perciben e indican su variación.

TERMÓMETROS

La termometría es una rama de la física que se ocupa de los métodos y medios para medir la temperatura. La variación de la temperatura pude ser determinada por la variación de las propiedades físicas de los cuerpos; volumen. Presión, resistencia eléctrica, fuerza electromotriz, intensidad de radiación, etc..

Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y otros entre los cuales figuran:

• variaciones en volumen o estado de los cuerpos (sólidos, líquidos y gases).
• Variaciones de resistencia de un conductor (sondas de resistencia).
• Variaciones de resistencia de un semiconductor (termisores).
• F.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares).
• Intensidad de la radiación emitida por el cuerpo ( pirometros de radiación ).
• Otros fenómenos utilizados en el laboratorio.

La medida de la temperatura constituye una de las mediciones mas comunes y mas importantes que se efectúan en los procesos industriales.

UNIDADES DE TEMPERATURA

• temperatura en grados Celsius (°C)
• temperatura en grados Fahrenheit (°F)
• temperatura en grados Kelvin (°K)
• temperatura en grados Reaumur (Aré)
• temperatura en grados Ranking (°Ra).

CLASIFICACIÓN

Para la medición de temperatura se emplean los siguientes instrumentos:

• termómetros de vidrio
• termómetros bimetalicos
• termómetros de elementos primarios de bulbo y capilar
• termopares
• pirometros de radiación
• termómetros de resistencia
• termómetros ultrasónicos
• termómetros de cristal de cuarzo.

Termómetro de vidrio.-consta de un deposito de vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio y que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar. Los márgenes de trabajo de los fluidos empleados son:

• Mercurio……………………………………..-35 hasta +280° C
• Mercurio (tubo capilar lleno de gas)..……….-35 hasta +450° C
• Pentano ………………………………………-200 hasta + 20° C
• Alcohol ……………………………………… -110 hasta + 50° C
• Tolueno ……………………………………… -70 hasta +100° C

Considerando que el rango de temperaturas a medir en la industria es muy amplio, se deberá tomar en cuenta el tipo de termómetro y su instalación para hacer segura la medición por parte de los operarios.

Termómetro de bulbo metálico y capilar.- consiste esencialmente en un bulbo metálico conectado por un capital a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el liquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la escala para indicar la elevación de la temperatura en el bulbo.

Hay cuatro clases de este tipo de termómetros:

• Clase I: Termómetros actuados por líquidos.
• Clase II: Termómetros actuados por vapor
• Clase III: Termómetros actuados por gas
• Clase IV: Termómetros actuados por mercurio.

Termómetro Bimetalito.- Se fundan en el distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes, tales como el latón, monel o acero y una aleación de ferro níquel o invar. laminados conjuntamente. Las laminas bimetalicas pueden ser rectas o curvas. Formando espirales o hélices.

Un termómetro bimetalito típico contiene pocas partes móviles, solo la aguja indicadora sujeta el extremo libre del espiral o de la hélice y el propio elemento bimetalico.

El eje y el elemento están sostenidos con cojinetes y el conjunto esta constituido con precisión para evitar rozamientos. O hay engranes que exijan mantenimiento. La precisión del instrumento es de ±1% y su campo de medida de -200 a +500° C.

Termómetros de resistencia.-La medida de temperatura utilizando sondas de resistencia depende de las características de resistencia en función de la temperatura que son propias del elemento de detección.

El elemento consiste usualmente 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 llamado <<coeficiente de temperatura de resistencia>> que expresa a una temperatura especificada, la variación de la resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia de temperatura.

Los materiales que forman el conductor de la resistencia deben de poseer las siguientes características:

• 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 tanto mayor será la variación por grado.
• Relación lineal de 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 ).

Termómetro de bobina.- Las bobinas que erras arrollado el hilote resistencia están encapsuladas y situadas dentro de un tubo de protección de material adecuado al fluido del proceso, pueden verse varios tipo de sonda.

La variación de resistencia de las sondases medida con un puente de Wheatstone dispuesto en montajes denominados de dos, tres o cuatro hilos, según sean los hilos de conexión de la resistencia al puente.

Termómetro de termisores.- Son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado, por lo que presentan unas variaciones rápidas extremadamente grandes para los cambios relativamente pequeños en la temperatura. Se fabrican con óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio y otros metales, y están encapsulados.

Termómetro de termopares.- Se basa en el efecto descubierto por Seebeck en 1821 de la circulación de una corriente en un circuito formado por dos metales diferentes, cuyas uniones se mantienen a distinta temperatura.

Esta circulación de corriente obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier que provoca la liberación o absorción de calor que la unión de dos metales distintos cuando una corriente circula a través de la unión y el efecto Thomson que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un radiante de temperatura.

Pirómetros potenciométricos.- consta de una fuente de tensión constante que alimenta los dos brazos del circuito de corrientes.

Pirómetros de radiación.- se fundan en la ley de Stefan-Bultzmann, que dice que las intensidades de energía radiante emitida en la superficie de un cuerpo aumentan proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo.

FOTOMETRÍA

Medida de la intensidad luminosa de una fuente de luz, o de la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie. La fotometria es importante en la fotografía, astronomía e ingeniería de iluminación. Los instrumentos empleados para la fotometria se denominan fotómetros.

Las ondas de luz estimulan el ojo humano en diferentes grados según su longitud de onda. Como es difícil fabricar un instrumento con la misma sensibilidad que el ojo humano para las distintas longitudes de onda, muchos fotómetros requieren un observador humano. Los fotómetros fotoeléctricos necesitan filtros coloreados especiales para responder igual que el ojo humano.

La intensidad de una fuente de luce mide en candelas, generalmente comparándola con una fuente patrón. se iluminan zonas cuyas adyacentes de una ventana con las fuentes conocida y desconocida y se ajusta a la distancia de las fuentes hasta que la iluminaciones de ambas zonas sea la misma. Al intensidad relativa se calcula entonces sabiendo que la iluminación decrece con el cuadrado de la distancia.

INTERFERÓMETRO

Instrumento que emplea la interferencia de ondas de luz para la medida ultraprecisa de longitudes de onda de 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.

USOS DEL INTERFERÓMETRO

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.

Bibliografía.-

• Metrologia. Electrónica Industrial. Co-edición CONALEP (Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica) y Alfaomega Grupo Editor S.A. de C.V. Y SEP.
• Págs. 30-43, 55, 56, 73-85, 106-109, y 148-163.
• Enciclopedia Encarta.
• Pagina de Internet <<Mi Tecnológico>>.
• Millán Gómez, Simón (2006), Procedimientos de Mecanizado, Madrid: Editorial Paraninfo Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nico"

Autor:

Salome Almaguer Rodriguez