Instrumento de medición
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Instrumentos de medición
Ing. Noel Ponce Alexandra Noguera C.I. 22.718.881
Maturín, 11 de Mayo del 2012
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Comparar una cantidad desconocida que queremos determinar y una cantidad conocida de la misma magnitud, que elegimos como unidad. Al resultado lo llamamos Medida y da como producto un número (cuantas veces lo contiene) que es la relación entre el objeto a medir y la unidad de referencia (unidad de medida). O sea que estamos comparando la cantidad que queremos determinar con una unidad de medida establecida de algún sistema, por ejemplo cierta longitud comparada con cuantos milímetros equivale, una determinada corriente eléctrica con cuantos amperes, cierto peso con cuantos gramos, etc. Pero para hallar estas medidas nos auxiliaremos con ciertos instrumentos de mediciones, para ello debemos tener cierto conocimiento de estos instrumentos para tener hacer de un buen uso es ellos. Ya que los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta conversión o medida. A continuación se presentaran ciertos tipos de instrumentos de medición.
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En física, química e ingeniería, un instrumento de medición es un aparato que se usa para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición. Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estándares o patrones y de la medición resulta un número que es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta conversión.
Las características importantes de un instrumento de medida son: precisión, exactitud, apreciación y la sensibilidad según las siguientes definiciones:
es la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones. es la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real. es la medida más pequeña que es perceptible en un instrumento de medida. es la relación de desplazamiento entre el indicador de la medida y la medida real.
Se utilizan una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo mediciones de las diferentes magnitudes físicas que existen. Desde objetos sencillos como reglas y cronómetros hasta microscopios electrónicos y aceleradores de p artículas. A continuación se indican algunos instrumentos de medición existentes en función de la magnitud que miden.
Es una palanca de primer género de brazos iguales que mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos permite medir masas. Al igual que una romana, es un
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de masa cuyo grado de exactitud depende de la precisión del instrumento. Al igual que en una romana, pero a diferencia de una báscula o un dinamómetro, los resultados de las mediciones no varían con la magnitud de la aceleración de la gravedad. El rango de medida y precisión de una balanza puede variar desde varios kilogramos (con precisión de gramos), en balanzas industriales y comerciales; hasta unos gramos (con precisión de miligramos) en balanzas de laboratorio.
La balanza analítica es un instrumento utilizado en el laboratorio, que sirve para medir la masa. Su característica más importante es que poseen muy poca incertidumbre, lo que las hace ideales para utilizarse en mediciones muy precisas. Las balanzas analíticas generalmente son digitales, y algunas pueden desplegar la información en distintos sistemas de unidades. Por ejemplo, se puede mostrar la masa de una sustancia en gramos, con una incertidumbre de 0,00001g. (0,01 mg).
Es un aparato que sirve para pesar; esto es, para determinar el peso (básculas con muelle elástico), o la masa de los cuerpos (básculas con contrapeso). Normalmente una báscula tiene una plataforma horizontal sobre la que se coloca el objeto que se quiere pesar. Dado que, a diferencia de una romana, no es necesario colgar el objeto a medir de ganchos ni platos, resulta más fácil pesar cuerpos grandes y pesados encima de la plataforma, lo que hizo posible construir básculas con una capacidad de peso muy grande, como las utilizadas para pesar camiones de gran tonelaje.
: Con el tiempo las básculas han evolucionado mucho y hoy día ya funcionan con métodos y sistemas electrónicos, mostrando en una pantalla de fácil lectura la masa del objeto que se pesa. Las básculas electrónicas utilizan
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tanto, miden peso. El metal se calcula para que trabaje en su zona elástica; esto es lo que define la operatividad de una celda. El ajuste de las resistencias se hace con un puente de Wheatstone, de modo que al alimentarse con un voltaje entregan una salida de voltaje proporcional a la fuerza aplicada en el metal (en el orden de milivoltios). Asimismo se utilizan filtros electrónicos de pasa bajo para disminuir el efecto de las perturbaciones de alta frecuencia.
Es una técnica experimental que permite la medición de iones derivados de moléculas. El espectrómetro de masas es un instrumento que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga (m/z). Puede utilizarse para identificar los diferentes elementos químicos que forman un compuesto, o para determinar el contenido isotópico de diferentes elementos en un mismo compuesto. Con frecuencia se encuentra como detector de un cromatógrafo de gases, en una técnica híbrida conocida por sus iniciales en inglés, GC-MS. El espectrómetro de masas mide razones carga/masa de iones, calentando un haz de material del compuesto a analizar hasta vaporizarlo e ionizar los diferentes átomos haz de iones produce un patrón específico en el detector, que permite analizar el compuesto. En la industria es altamente utilizada en el análisis elemental de semiconductores, biosensores y cadenas poliméricas complejas. Drogas, fármacos, productos de síntesis química, pesticidas, plaguicidas, análisis forense, contaminación medioambiental, perfumes y todo tipo de analitos que sean susceptibles de pasar a fase vapor e ionizarse sin descomponerse.
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Es un instrumento utilizado para la determinación de la composición de una mezcla de gases. Es un detector de conductividad térmica. El equipo se compone de dos tubos paralelos que contienen el gas de las bobinas de calefacción. Los gases son examinados comparando el radio de pérdida de calor de las bobinas de calefacción en el gas. Las bobinas son dispuestas dentro de un circuito de puente que tiene resistencia a los cambios debido al desigual enfriamiento que puede ser medido. Un canal contiene normalmente una referencia del gas y la mezcla que se probará se pasa a través del otro canal. El principio de funcionamiento se basa en la conductividad térmica de un gas, que es inversamente proporcional con su peso molecular. Puesto que varios de los componentes de las mezclas de gas tienen masa generalmente diversa es posible estimar las concentraciones relativas.2 El hidrógeno tiene aproximadamente seis partes de la conductividad del nitrógeno por ejemplo. Los catarómetros se utilizan médicamente para el análisis del funcionamiento pulmonar y en la cromatografía de gases. Los resultados son más lentos de obtener comparado al del espectrómetro de masa, pero el dispositivo es económico, y tiene buena exactitud cuándo de gases se trata, y es solamente la proporción que debe ser determinada.
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alrededor del Sol y se denominan calendarios solares. El calendario sideral se fundamenta en el movimiento terrestre respecto de otros astros diferentes al Sol.
Es un reloj o una función de reloj utilizada para medir fracciones temporales, normalmente breves y precisas. La palabra cronómetro es un neologismo de etimología griega: Χρόνος Cronos es el dios del tiempo, μετρον Metron es hoy un sufijo que significa aparato para medir. El funcionamiento usual de un cronómetro, consiste en empezar a contar desde cero al pulsarse el mismo botón que lo detiene. Además habitualmente pueden medirse varios tiempos con el mismo comienzo y distinto final. Para ello se congela los sucesivos tiempos con un botón distinto, normalmente con el de reinicio, mientras sigue contando en segundo plano hasta que se pulsa el botón de comienzo. Para mostrar el segundo tiempo o el tiempo acumulado, se pulsa reinicio. Los cronómetros pueden activarse con métodos automáticos, con menor margen de error y sin necesidad de un actor. Algunos de estos sistemas son: el corte de un haz luminoso o la detección de un transceptor. También en los ciclocomputadores se usa un cronómetro automático activado por el movimiento de la rueda. Son habituales las medidas en centésimas de segundo, como en los relojes de pulsera o incluso milésimas de segundo.
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Los relojes se utilizan desde la antigüedad y a medida que ha ido evolucionando la tecnología de su fabricación han ido apareciendo nuevos modelos con mayor precisión, mejores prestaciones y menor coste de fabricación. Es uno de los instrumentos más populares, ya que prácticamente muchas personas disponen de uno o varios relojes, principalmente de pulsera, de manera que en muchos hogares puede haber varios relojes, muchos electrodomésticos los incorporan en forma de relojes digitales y en cada computadora hay un reloj. El reloj es un instrumento omnipresente en la vida actual, debida que las sociedades modernas se estructuran en torno a la división del tiempo.
Es un tipo de reloj que utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal para alimentar su contador. Los primeros relojes atómicos tomaban su referencia de un Máser. Las mejores referencias atómicas de frecuencia (o relojes) modernas se basan en físicas más avanzadas que involucran átomos fríos y las fuentes atómicas. Las agencias de las normas nacionales mantienen una exactitud de 10-9 segundos por día, y una precisión igual a la frecuencia del transmisor de la radio que bombea el máser. Los relojes atómicos mantienen una escala de tiempo continua y estable, el Tiempo Atómico Internacional (TAI). Para el uso cotidiano, se disemina otra escala de tiempo, el Tiempo Universal Coordinado (UTC). El UTC se deriva del TAI, pero se sincroniza usando segundos de intercalación con el Tiempo Universal (UT), el cual se basa en el paso del día y la noche según las observaciones astronómicas.
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Este instrumento se suele designar así también “calibre”, “pie de rey” o “vernier rectilíneo”. Su nombre viene del apellido del matemático Francés Pierre Vernier (15801637) quien adapto la idea de Pedro Nunes (Petru Nonius 1492-1577) a la medición lineal. Nunes invento este aparato y lo aplico al esferómetro. Este es un aparato de medición que consiste en una regla principal graduada (generalmente en milímetros), cuya longitud es en los modelos más usuales de 15-20 cms, y que además posee otra pequeña reglita llamada “nonius o vernier”, que puede deslizarse por medio de una colita a través de la regla principal. El número de divisiones del vernier es generalmente de 10, 20 ó 50 (en los calibres de más precisión) y corresponde a una división menor en la regla principal. Es decir 9, 19, 49 respectivamente. Así cuando el calibre está en “cero”, si el vernier tiene 10 divisiones, la ultima división del vernier corresponderá a 9 divisiones en la regla principal (9 milímetros) y si el vernier tiene 20 divisiones, la ultima rayita del vernier estará ubicada sobre la división 19 (corresponden a 19 milímetros) en la regla principal, esto es cuando el calibre este completamente cerrado. Por lo tanto, cada división del vernier será 1/V (V= divisiones en el vernier) menor a cada división de la regla principal; esta razón que la denomina “apreciación” del calibre. Así si e l vernier tiene 10 divisiones, la apreciación será de 0,02 mm. Una vez que se ha efectuado la medición deseada, se deben contar en primera medida las divisiones sobre la regla principal (tal como lo hacemos con una regla común o un metro), y si el índice de la
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centímetros o pulgadas; es un instrumento útil para trazar segmentos rectilíneos con la ayuda de un bolígrafo o lápiz, y puede ser rígido, semirrígido o flexible, construido de madera, metal, material plástico, etc. Su longitud total rara vez supera el metro de longitud. Suelen venir con graduaciones de diversas unidades de medida, como milímetros, centímetros, y decímetros, aunque también las hay con graduación en pulgadas o en ambas unidades. Es muy utilizada en los estudios técnicos y materias que tengan que ver con uso de medidas, como arquitectura, ingeniería, etc.
Es un instrumento de medición longitudinal capaz de valorar dimensiones de milésimas de milímetro, en una sola operación.
Tornillo micrométrico
El tornillo micrométrico se usa para longitudes menores a las que puede medir el calibrador o vernier. El tornillo micrométrico consta de una escala fija y una móvil que se desplaza por rotación. La distancia que avanza el tornillo al dar una vuelta completa se denomina paso de rosca. La precisión del tornillo está dada por: P = paso de rosca / No. de divisiones de la escala móvil Si en un tornillo micrométrico la escala fija esta graduada en medios milímetros, o sea el paso de la rosca es esa distancia, y la móvil tiene 50 divisiones, la precisión con que se
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tradicionalmente el Sol y el horizonte. Con este instrumento, si el observador conoce la elevación del Sol y la hora del día, puede determinar con bastante precisión la latitud a la que se encuentra, mediante cálculos matemáticos sencillos de efectuar.
Un transportador es un instrumento de medición de ángulos en grados que viene en dos presentaciones básicas: Transportador con forma semicircular graduado en 180° (grados (grados sexagesimales) o 200g (grados centesimales). centesimales). Es más común que el circular, pero tiene la limitación de que al medir ángulos cóncavos (de más de 180° y menos de 360°), se tiene que realizar una
doble medición.
Transportador con forma circular graduado en 360°, o 400g.
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Es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales. Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada.
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Los primeros barómetros estaban formados por una columna de líquido encerrada en un tubo cuya parte superior está cerrada. El peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso de la atmósfera.
Es un aparato que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Esencialmente se distinguen dos tipos de manómetros, según se empleen para medir la presión de líquidos o de gases.
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En meteorología, se usan principalmente los anemómetros de cazoletas o de molinete, especie de diminuto molino cuyas tres aspas se hallan constituidas por cazoletas sobre las cuales actúa la fuerza del viento; el número de vueltas puede ser leído directamente en un contador o registrado sobre una banda de papel (anemograma), en cuyo caso el aparato se denomina anemógrafo. Aunque también los hay de tipo electrónicos. Para medir los cambios repentinos de la velocidad del viento, especialmente en las turbulencias, se recurre al anemómetro de filamento caliente, que consiste en un hilo de platino o níquel calentado eléctricamente: la acción del viento tiene por efecto enfriarlo y hace variar así su resistencia; por consiguiente, la corriente que atraviesa el hilo es proporcional a la velocidad del viento.
Es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje, normalmente la velocidad de giro de un motor. Se mide en revoluciones por minuto
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Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico. El aparato descrito corresponde al diseño original, ya que en la actualidad los amperímetros utilizan un conversor analógico/digital para la medida de la caída de tensión en un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leída por un microprocesador que realiza los cálculos para presentar en un display numérico el valor de la corriente eléctrica circulante.
Un galvanómetro es un instrumento que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. Este término se ha ampliado para incluir los usos del mismo dispositivo en equipos de grabación, posicionamiento y servomecanismos.
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Es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial». Las bobinas fijas se conectan en serie con
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La pipeta es un instrumento volumétrico de laboratorio que permite medir la alícuota de líquido con bastante precisión. Suelen ser de vidrio. Está formada por un tubo transparente que termina en una de sus puntas de forma cónica, y tiene una graduación (una serie de marcas grabadas) indicando distintos volúmenes. Algunas son graduadas o de simple aforo, es decir que se enrasa una vez en los cero mililitros, y luego se deja vaciar hasta el
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Puede estar constituido de vidrio (lo más común), o de plástico. En este último caso puede ser menos preciso; pero posee ciertas ventajas, por ejemplo, es más difícil romperla, y no es atacada por el ácido fluorhídrico (ácido que no se puede poner en contacto con el vidrio ya que se corroe, en cuyo caso la probeta sí lo soporta). Esta adicionalmente se utiliza para las mediciones del agua y otros líquidos.
Las buretas son tubos cortos, graduados, de diámetro interno uniforme, provistas de un grifo de cierre o llave de paso en su parte
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El esferómetro es un aparato de medición que permite medir el radio de una superficies esférica teniendo solo un casquete (solo parte de la superficie esférica). Es usado por los ópticos para conocer el radio de curvatura de la superficie de una lente cuando hay que reponer una y no se conoce su radio.
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Los instrumentos en los que se apoya la física para realizar su labor con mayor facilidad y eficacia se pueden clasificar en: instrumentos de medición e instrumentos ópticos. Los instrumentos de medición a su vez se clasifican en instrumentos para medir masa, como la balanza y la báscula; para medir temperatura, como el termómetro; para medir propiedades eléctricas, como el amperímetro, el galvanómetro, el vatímetro; para medir longitud, como el metro, la regla, el calibrador; y otros como el dinamómetro encargado de medir fuerzas, el barómetro que mide la
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