Unidad 1: Instrumentos básicos de medición y teoría de errores

Sistemas de Unidades de Medición

MEDIR es comparar una cantidad desconocida con otra conocida, llamada Patron. La unidad conocida se define como unidad patrón, y es la que se toma como referencia para efectuar la medición. Muchas veces necesitamos de un instrumento que previamente ha sido calibrado con el patrón. Entre cada unidad a medir y otra existen ciertas relaciones que las hacen depender unas de otras.

Sistema C.G.S.

Este es un sistema de unidades que emplea el Cm - Gr - Seg (Centímetro - Gramo - Segundo) Agregando ε que es la constante dieléctrica.

Sistema MKS

Adopta el m - Kg - seg. (Metro - Kilogramo - Segundo) agregando el Q2 (Ohm)

Sistema Internacional de Unidades (S.I.)

Adoptado por la conferencia internacional de pesos y medidas en 1960 Basado en m - Kg - Seg (metro - Kilogramo - Segundo) Se agrega el Amperio A

Podemos definir por estas relaciones las magnitudes derivadas de las principales:

Relación Carga 1 Amp x 1 Seg 1 Coulomb Potencia 1 Amp x 1 Volt 1 Vatio Potencial 1 Amp x 1 Ohmio 1 Volt Carga 1 Faradio x 1 Volt 1 Coulomb|

Magnitudes Físicas Básicas

Magnitud: toda aquella propiedad que se puede medir.

Múltiplos y Submúltiplos de Unidades

Parámetros e Instrumentos de Medición

Amperio (A) Es la intensidad de corriente que fluye por 2 conductores infinitamente largos separados a 1 m de distancia en el vacio, creando una fuerza de interacción entre ellos = 2 x 10 -7 Newton sobre cada metro de longitud de los conductores

Teoría de Errores en Medición

Toda medición está afectada de errores.Una medición tiene sentido solo cuando se puede valorar el error de que está afectada.

Precisión y Exactitud

La PRECISIÓN se usa para para indicar la Repetibilidad de los resultados (que las sucesivas mediciones arrojen idénticos valores) La EXACTITUD da la idea del grado de aproximación con el cual un valor medido concuerda con el verdadero.

Sensibilidad y Discriminación

SENSIBILIDAD: Es la relación entre la magnitud de la variación de la respuesta del instrumento frente a una pequeña variación de la cantidad que se esté midiendo. Es el umbral mínimo de detección de un instrumento DISCRIMINACIÓN: Es el menor incremento que puede ser detectado con certeza por un instrumento

Tipos de Errores

• ERRORES SISTEMÁTICOS: Son los errores provenientes de una imperfección o desajuste del instrumento de medida, de la aplicación de un método erróneo o de un defecto del observador.
1. Errores groseros: errores de lectura, conexión incorrecta de instrumentos, como seleccionar mal la escala o "alterar la magnitud a medir"
2. Errores de los Instrumentos: por mala calibración del instrumento o defecto interno. Como desplazamiento del 0 en instrumentos de aguja (introduce un error constante)
3. Causas exteriores: temperatura, humedad, vibraciones mecánicas, etc.

E=Pxt Voltímetro4. Error de observación: se refiere al metodo de actuar del observador (por ej. Si toma una lectura muy pronto o muy tarde) o una línea de visual diferente (error de paralaje) que se evita colocando un espejo debajo de la aguja del instrumento.

• ERRORES CASUALES O ALEATORIOS: Causados por el azar junto con muchos factores como Ruido térmico.
• ERROR ABSOLUTO: es la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero

• ERROR RELATIVO: es el cociente entre el valor absoluto y el valor verdadero. Multiplicando por 100 se convierte en porcentual

x 100% e = | VReal - VAprox | VReal

Valor Medio y Media Cuadrática

VALOR MEDIO: si las diferencias de mediciones son debidas a errores casuales, se acepta el Valor medio es el más probable. X1, X2, .... Son las distintas tomas de muestras y N es la cantidad de muestras

X1+ X2+ ... + XN Media(X) = T = N

Media LA MEDIA CUADRÁTICA RMS (Root Mean Square) es muy útil para calcular la media de variables que toman valores negativos y positivos. Una aplicación clásica de la media cuadrática es la determinación del valor eficaz de un parámetro sinusoidal en electricidad, en corriente alterna (tensión en voltios o intensidad en amperios).

Distribución Normal de Gauss

Se trata de una curva que representa la probabilidad de obtener un error determinado en una de las medidas de n mediciones de una misma magnitud. Esta curva de distribución tiene forma de campana y representa cualquier estadística de ocurrencia

f (x) campana de Gauss Observador Observador Posición de la aguja -- μ-σ LL x Posición de la aguja Escala del instrumento Escala del instrumento Error Posición del observador incorrecta Posición del observador correcta

Error de Paralaje

Debido a las diferentes posiciones del observador se puede cometer un error al observar la aguja. Para solucionarlo se coloca un espejo detrás de la aguja que sugiere ubicarse de otra forma para que la aguja y su reflejo coincidan

Instrumentos de Medición y sus Características

Al realizar una medición en el mundo real, los instrumentos no son ideales, por lo tanto, tienen una serie de limitaciones que se deben tomar en cuenta para poder juzgar si afectan de alguna manera las mediciones que se realizan, y así determinar la veracidad de las mediciones.

Características de los Instrumentos

• 1 rango: es el conjunto de valores de la variable medida, que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión de un instrumento. Ejemplo: 0 - 150 Volt 100 - 300 ℃ -20 - 200 ℃
• 2 resolución: es el menor incremento que puede ser detectado con certidumbre entre dos unidades de medida discretas, o es el menor cambio en la entrada que se puede medir. La resolución puede ser expresada en unidades de la variable medida o en porcentaje del fondo escala, del alcance, etc. En la figura se ve que Resolución = 5Volt/ división
• 3 sensibilidad: es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la magnitud que lo ocasiona, después de haber alcanzado el estado de reposo. En general, es la pendiente de la curva de calibración. Sensibilidad: "que tan rápido, que tan sensible es al realizar esa medición"
• 4 Precision: Es "El Grado de concordancia entre el Resultado de una Medición y el Valor Verdadero"

Voltímetro de 3 1/2 dígitos: V: 1.999 V = 2 V Voltímetro de 4 1/2 dígitos: V: 1.9999 V = 2 V El voltímetro de 4 1/2 dígitos es el más preciso.

Instrumento Preciso pero poco Exacto

15 10 20 5 25 0 1/11 30 V

• 5 Exactitud Es "El grado de coincidencia entre los resultados independientes de una Medición obtenidos en las mismas condiciones repetidas". Cercanía con el valor real.

Concepto de Exactitud y Precisión

Alta precisión Alto sesgo Baja exactitud

Alta precisión Bajo sesgo Alta exactitud

Baja precisión Bajo sesgo Baja exactitud

Baja precisión Alto sesgo Baja exactitud

EXACTITUD VALOR VERDADERO PRECISION REPETIBILIDAD 3

Instrumento Exacto

15 10 20 5 25 0 30 V

Clase de un Instrumento

CLASE DE UN INSTRUMENTO: La sensibilidad y la exactitud, constituyen criterios para determinar la calidad de un instrumento de medición todos los instrumentos de medición deben llevar un signo de calidad

C = 0.1- 0.2 - 0.5 -1 - 1.5 - 2.5 -3

V 150 120 90 09 8 0- Instrumentos de clase 0.1 y 0.2, para exactitud científica. - Instrumentos de clase 0.5 y 1.0, para uso en laboratorio. - Instrumentos de clase 1.5 a 5, para uso en talleres industriales.

Partes de un Sistema de Medición

Tenemos 3 partes esenciales que lo componen:

1. El detector Primario capta toma la muestra o medida Por ejemplo: una termocupla que genera una tensión proporcional a una temperatura o algún tipo de sonda.

A medir

1. Dispositivo Intermedio: en algunos casos no es necesario. La función es convertir o adaptar la salida del detector primario al dispositivo final. Como por ejemplo un transformador de aislación o un puente rectificador
2. Dispositivo Final: transforma y presenta la medición captada. Puede ser un voltímetro que muestre la tensión generada por una termocupla. Los hay de aguja o digitales.

V 400 VOLTIMETRO: 200 MICELSA

Amortiguamiento

AMORTIGUAMIENTO: permite que el instrumento realice una medición mayormente certera sin que se rompa el instrumento. Existe un elemento que amortigua la defleccion de la aguja para que no se rompa el instrumento.

Amperímetro Múltiple

De acuerdo a la resistencia que nosotros le ponemos es la medición que vamos a obtener Resistencia: es la oposición al paso de la corriente

Ra A 0 -0 RD1 01 RD2 6 2 RD3 03 Amperimetro Multiple 30 200 / 20 60 1K 100 150 50 20 30 40 V.mA 2 <50 V.mA AC 10V T AC 10V de +10 18 200 +20 +23 dB AC V.|ADD RANGEL AU ZKR/VDC AC X1K 500 X100 50 DCmA L X10 0.5 ~ 10 10 -1 ACV DCV L + 250 250 1000 1000 C 200 6 L 50 Cero (0): no hay tensión en la línea 110010

Voltímetro Múltiple

Se debe agregar una Resistencia en serie.(función igual que el amperímetro, en este caso medimos tension)

Escalas de Medición

• Escala uniforme: de uso muy amplio en voltímetros y amperímetros. Es lineal, con divisiones igualmente espaciadas.
• Escala Logarítmica: arroja el mismo porcentaje de error para cualquier punto de la escala. Apta para medidas que tengan un margen muy grande, como sonido o luz

GB/T7676-98 0.4 0.6 0.2 0.8 0 mA N S JA 8501 ▲2.5 上 ☆ VF Escala Uniforme (FLUJO RADIAL) 20 3 O PEAK VU Escala Logarítmica (FLUJO NO RADIAL)

Cuando la corriente es continua hay que tener en cuenta el positivo y negativo (por ejemplo una pila) En corriente alterna La tensión la mido en paralelo La corriente la mido en serie

Óhmetro

Ohmetro: mide resistencia y la acida de tensión de esa resistencia

Diodo

Diodo: permite pasar la corriente en un solo sentido

Multímetro Analógico

Multímetro Analógico( tiene aguja y una escala fija) Combina los 3 instrumentos Amperímetro, Voltímetro y Ohmímetro, a veces con indicación sonora de continuidad Medir continuidad: si hay continuidad el multímetro va a sonar sino suena el cable esta cortado. Definición Continuo: no tiene interrupción

Multímetro Digital

Multímetro Digital El multímetro digital tiene como elemento de indicación un display o pantalla con dígitos numéricos de cristal líquido. Existen multímetros con auto rango y de selección manual de rango. El de auto rango ajusta automáticamente el rango más ideal para obtener la medida con una elevada exactitud. Sin embargo, en el de selección manual hay que ajustar manualmente la perilla de selección al campo de medida más idóneo.

V ... 500 OFF 500 V~ 200 200 A ... 20 · 200μ 2000m · -2000 200m · 20m . 200m 2000kč 200k · 5A ... E E . 20k hFE 2000 2 200 Selección manual de rango HOLD MINMAX RANGE Hz V HzV mA Hz OFF A Hz Autorango 10 7 5 3 F 1.0