Interpretación de las especificaciones de los instrumentos

 

Son una serie de instrucciones y aclaraciones que los fabricantes facilitan para que el operario del instrumento de medición realice una correcta lectura de los resultados que el instrumento realice ya que por mejor que sea el instrumento de medición la exactitud tiene sus restricciones por ende el fabricante debe ser claro en todas las escalas de medición.

Cuando se presenta la información de la lectura es importante conocer la cantidad de dígitos que nuestro instrumento de medición tenga.

Imagen tomada de https://electricistas.cl/resolucion-y-rango-en-un-medidor-digital-multimetro/

De esta manera, un multímetro de 3 dígitos se compone de un contador de 1000 cuentas, lo que significa que puede contar desde 000 hasta 999. Por otro lado, un multímetro de 4 dígitos tiene un contador de 10000 cuentas (desde 0000 hasta 9999). En el caso de un multímetro de 2000 cuentas (de 0000 a 1999), se le conoce como un multímetro de 3 ½ dígitos, ya que el dígito más significativo (el de la izquierda) solo puede tener un valor de 0 o 1. En este convenio de fracción m/n, m representa el valor máximo que puede tomar el dígito más significativo, y n indica la cantidad de estados diferentes que puede tener. Por ejemplo, en un multímetro de 3 ¾ dígitos (4000 cuentas), el dígito más significativo puede tomar un valor máximo de 3 y tiene 4 estados distintos (0, 1, 2 y 3).

El error de la lectura se puede calcular mediante las siguientes expresiones:

Amplificador de instrumentación

El amplificador de instrumentación es un amplificador diferencial voltaje-voltaje compuesto por un arreglo de tres amplificadores operacionales compuesto por una etapa de preamplificacion y un amplificador diferencial. El amplificador de instrumentación cumple con las siguientes características:

• Ganancia: seleccionable, estable, lineal.

• Entrada diferencial: con CMRR (Razón de rechazo en modo común) alto.

• Error despreciable debido a las corrientes y tensiones de offset

• Impedancia de entrada alta

• Impedancia de salida baja

El amplificador de instrumentación normalmente es utilizado para:

• Acondicionar la salida de un puente de Wheatstone.

• Amplificar señales eléctricas biológicas, por ejemplo, en electrocardiogramas.

Imagen tomada de: http://www.unet.edu.ve/~ielectro/Amplificador_Instrumentacion.htm

En donde la salida del amplificador de instrumentación será:

PUENTES DE MEDICIÓN

 

Los puentes de medición son circuitos usados para medir parámetros eléctricos como la resistencia, capacitancia e inductancia con alta precisión mediante el equilibrio de voltaje o corriente en el circuito. Normalmente son diseñados a través de la conexión en paralelo de dos divisores de voltaje.

Algunos de estos puentes son:

•Puente de Wheatstone

•Puente de Kelvin

•Puente Doble de Kelvin

•Puente de Maxwell

•Puente de Hay

•Puente de Owen

•Puente de Schering

•Puente de Wien

Puentes en DC

Puente de Wheatstone

Es uno de los puentes más comunes y simples para encontrar la resistencia. Este puente se utiliza donde se miden pequeños cambios en la resistencia, como en las aplicaciones de sensores. Se utiliza para convertir un cambio de resistencia en un cambio de voltaje de un transductor.

Imagen tomada de: https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Wheatstone

El puente estará en equilibrio cuando Rx cumpla la siguiente relación

Puente de Kelvin

Se ideó el puente de kelvin para una solventar una limitante que tenía el puente de Wheatstone la cual era medir niveles bajos de resistencia debido a las resistencias internas de los conductores del puente.

Imagen tomada de: http://ingsergiocalderon.blogspot.com/2012/11/puentes-de-medicion.html

 

Si el galvanómetro se conecta en el punto p, entre los puntos m y n, de manera que la relación de resistencia de n a p y de m a p sea igual a la relación de los resistores R1 y R2, entonces:

La resistencia del alambre de conexión entre R3 y Rx, denominada Ry, juega un papel importante en la medición. Hay dos posibles conexiones para el galvanómetro: el punto m y el punto n. Si el galvanómetro se conecta en el punto m, la resistencia de Ry se suma a Rx, lo que da lugar a una indicación mayor que el valor real de Rx. Por otro lado, si el galvanómetro se conecta en el punto n, la resistencia de Ry también se suma a Rx, lo que produce un valor de Rx más bajo de lo que debería ser. Esto se debe a que el valor real de R3 es más alto que su valor nominal debido a la resistencia de Ry.

Sin embargo, si el galvanómetro se conecta en el punto p, que se encuentra entre los puntos m y n, de manera que la relación de resistencia entre n y p sea igual a la relación de resistencia entre m y p (es decir, la misma proporción que los resistores R1 y R2), La ecuación de equilibrio queda:

Es importante destacar que el puente de kelvin es utilizado para medir resistores con valores óhmicos por debajo de 1 ohmio

Puente doble de kelvin

El puente doble de Kelvin, también conocido como puente de medición de resistencia de seis terminales, es una variante del puente de Kelvin que se utiliza para medir resistencias con una precisión aún mayor. Al igual que el puente de Kelvin convencional, el puente doble de Kelvin se utiliza para eliminar la resistencia interna de los cables de medición y minimizar los efectos de las resistencias de contacto.

El puente doble de Kelvin se compone de cuatro brazos o ramas de resistencias, dos de las cuales se utilizan para aplicar una corriente conocida a través de la resistencia desconocida y las otras dos para medir la caída de voltaje en la resistencia desconocida. Además, se agregan dos terminales adicionales para medir la caída de voltaje en las resistencias de contacto.

Imagen tomada de: https://bloginstrukarime.wordpress.com/2013/04/20/puente-doble-de-kelvin/

Este puente funciona bajo la condición de que la relación entre R1 y R2 es la misma entre a y b. Llegando a una ecuación de sensibilidad de la forma:

Es importante destacar que Se usa para medir resistencias muy bajas que van desde aproximadamente 1Ω hasta 0,00001Ω.

Puentes en AC

Puente de maxwell

El puente de Maxwell es particularmente útil para comparar la inductancia de un componente con la capacitancia de otro. Esto se debe a que los capacitores convencionales tienden a ser más cercanos a patrones de reactancia sin pérdidas que los inductores. Además, la ecuación de equilibrio del puente de Maxwell para la componente inductiva no depende de las pérdidas asociadas con la inductancia ni de la frecuencia de medición.

Imagen tomada de: http://www1.frm.utn.edu.ar/medidase1/practicos/puentes_corriente_alterna.pdf

Puente de Schering

El puente de Schering se utiliza para medir la capacidad y el factor de disipación de condensadores. La ecuación de equilibrio del puente de Schering es utilizada para determinar estos valores.

Imagen tomada de: http://ingenieriaelectricafravedsa.blogspot.com/2014/11/puente-schering.html

Sistema internacional de unidades

 

El Sistema Internacional de Unidades (SI abreviado del francés Système international d'unités), es un sistema compuesto por siete unidades fundamentales: metro, kilogramo, segundo, kelvin, amperio, mol y candela. Estas unidades definen las magnitudes físicas fundamentales correspondientes y han sido seleccionadas por acuerdo y convención.

Imagen tomada de: https://matemovil.com/sistema-internacional-de-unidades-y-conversiones/

  

Unidades derivadas del SI

Partiendo de las unidades básicas del SI se originan las unidades derivadas

Imagen tomada de: https://matemovil.com/sistema-internacional-de-unidades-y-conversiones/

También existen unidades que, si bien no pertenecen al SI, pero son comúnmente utilizadas y su uso es aceptado dentro del SI.

Imagen tomada de: https://matemovil.com/sistema-internacional-de-unidades-y-conversiones/

 

Por otra parte, el SI cuenta con una serie de prefijos y sufijos con el objetivo de representar cantidades muy grandes o muy pequeñas de cierta unidad. Estos pueden verse como una clase de multiplicadores para evitar escribir cantidades extensas de ceros por delante o detrás del punto decimal.

Imagen tomada de: https://matemovil.com/sistema-internacional-de-unidades-y-conversiones/

METROLOGÍA

La metrología surge como una necesidad del trabajo científico de tomar datos precisos, repetibles y confiables por medio de estandarización de los sistemas de referencias para mediadas con el fin de que se hable el mismo idioma cuando de mediciones y unidades de medida se trata.

Etimológicamente metrología viene de metrón (mediciones) y logos (ciencia). Es decir, la metrología es la ciencia de las mediciones y sus aplicaciones.

Existen tres tipos distintos de metrología, metrología científica, metrología industrial y metrología legal.

Imagen tomada de: http://metrologiayclasesdemetrologia.blogspot.com/

Metrología científica: Se ocupa de los problemas técnicos y experimentales de la medición, entre ellas: la realización experimental de las unidades de medida y la custodia y mantenimiento de patrones, así como la investigación y desarrollo de nuevas técnicas de medición

Imagen tomada de: https://toycertification.org/metrologia-cientifica/

Metrología científica: La metrología legal abarca aquellos aspectos de la metrología que se enfocan en las tareas derivadas de los mandatos legales que se aplican a la medición, las unidades de medida, los instrumentos de medida y los procedimientos de medición realizados por las autoridades competentes.

Metrología industrial: La metrología industrial tiene como objetivo mejorar la competitividad en la industria mediante el aseguramiento de las mediciones. Esto se logra mediante la calibración regular de los instrumentos de medición, utilizando estándares trazables al Sistema Internacional de Unidades, junto con la implementación de buenas prácticas y procedimientos de medición. Estas acciones influyen directamente en la calidad de los productos y servicios.