REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR I. U. P. “SANTIAGO MARIÑO” AMPLIACIÓN MÉRIDA ESC. DE ING. EN MANTENIMIENTO MECÁNICO CUALIDADES DE MEDICION Integrante: Barroeta, Lesly C.I 23.725.080 Mérida, Noviembre 2016 Significado de medición: 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 lógica conversión. Las características importantes de un instrumento de medida son: Precisión: es la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones Exactitud: es la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real Apreciación: es la medida más pequeña perceptible en un instrumento de medida Sensibilidad: es la relación de desplazamiento entre el indicador de la medida y la medida real Diferencias: Definición 1. Una medición es un acto para determinar la magnitud de un objeto en cuanto a cantidad. Aunque caben definiciones más complejas y descriptivas de como es el proceso como la siguiente definición sobre la medición de una magnitud geométrica: Definición 2. Una medición es comparar la cantidad desconocida que queremos determinar y una cantidad conocida de la misma magnitud, que elegimos como unidad. Al resultado de medir se le denomina medida. Medición directa La medida o medición directa, se obtiene con un instrumento de medida que compara la variable a medir con un patrón. Así, si deseamos medir la longitud de un objeto, se puede usar un calibrador. Obsérvese que se compara la longitud del objeto con la longitud del patrón marcado en el calibrador, haciéndose la comparación distancia-distancia. También, se da el caso con la medición de la frecuencia de un ventilador con un estroboscopio, la medición es frecuencia del ventilador (nº de vueltas por tiempo) frente a la frecuencia del estroboscopio (nº de destellos por tiempo). Medición indirecta No siempre es posible realizar una medida directa, porque existen variables que no se pueden medir por comparación directa, es por lo tanto con patrones de la misma naturaleza, o porque el valor a medir es muy grande o muy pequeño y depende de obstáculos de otra naturaleza, etc. Medición indirecta es aquella en la que una magnitud buscada se estima midiendo una o más magnitudes diferentes, y se calcula la magnitud buscada mediante cálculo a partir de la magnitud o magnitudes directamente medidas. Ejemplo 1: Se quiere medir la temperatura de un litro de agua, pero no existe un medidor de comparación directa para ello. Así que se usa una termopar, la cual, al ingresar los alambres de metal al agua, se dilatan y dicha dilatación se convierte en una diferencia de voltaje gracias a un transductor, que es función de la diferencia de temperatura. En síntesis, un instrumento de medición indirecta mide los efectos de la variable a medir en otra instancia física, cuyo cambio es análogo de alguna manera. Ejemplo 2: Se desea medir las alturas de un edificio demasiado alto, dadas las dificultades de realizar la medición directamente, emplearemos un método indirecto. Colocaremos en las proximidades del edificio un objeto vertical, que sí podamos medir, así como su sombra. Mediremos también la longitud de la sombra del edificio. Dada la distancia del Sol a la tierra los rayos solares los podemos considerar paralelos, luego la relación de la sombra del objeto y su altura, es la misma que la relación entre la sombra del edificio y la suya. Instrumentos. Partes: El vernier. Calibrador pie de rey.- Mas bien conocido como calibrador vernier. La escala vernier fue inventada por Petrus Nonius (1492 - 1577),por lo que también se lo llama Nonius o escala Nonio. El diseño actual de la escala deslizante debe su nombre al francés Pierre Vernier, quien la perfeccionó. Los calibradores Vernier, se utilizan para realizar mediciones lineales pequeñas con mucha más exactitud que un flexo metro. Pueden medirse dimensiones lineales exteriores y profundidades. El Vernier es una escala auxiliar que se deslizar a lo largo de una escala principal, para permitir, en ésta, lecturas fraccionales exactas de la mínima división. Para lograr lo anterior una escala Vernier está graduada en un número de divisiones iguales en la misma longitud que n-1 divisiones de la escala principal; ambas están marcadas en la misma dirección. Una fracción de 1/n de la mínima división de la escala principal puede leerse. Además el Vernier consta de una regla graduada en escala amétrica y / o pulgadas. Las mordazas sirven para medir dimensiones exteriores, mientras que las garras, sirven para medir interiores. El vástago sirve para medir profundidades. El mecanismo de bloqueo sirve para inmóvil al conjunto deslizable. La precisión de éstos instrumentos es de 0,1 mm, 0,05mm, 0,02 y 1 / 128 pulgadas. Cuerpo del calibre Corredera. Mandíbulas para exteriores. Orejas para interiores Varilla para profundidad. Escala graduada en milímetros. Escala graduada en pulgadas. Graduación del nonio en pulgadas Graduación del nonio en milímetros. Pulsador para el blocaje del cursor. En algunos es sustituido portornillo. Embocaduras para la medida de ranuras, roscas, etc. Embocadura de la varilla de profundidad para penetrar en agujeros pequeños. Tornillos para fijar la pletina que sirve de tope para el cursor. Tornillo de fijación del nonio El tornillo micrométrico El micrómetro para medidas exteriores es un aparato formado por un eje móvil (c)con una parte roscada (e), al extremo del cual va montado un tambor graduado (f); haciendo girar el tambor graduado se obtiene el movimiento del tornillo micrométrico (e) y por consiguiente el eje móvil (c), que va a apretar la pieza contra el punto plano (b). Sobre la parte fija (d), que esta solidaria al arco (a),va marcada la escala lineal graduada en milímetros o en pulgadas. A diferencia del vernier hay un micrómetro para cada sistema de unidadeslas partes fundamentales de un micrómetro Arco de herradura Punto fijo plano Eje móvil, cuya punta es plana y paralela al punto fijo. Cuerpo graduado sobre el que esta marcada la escala lineal graduada en mm y en ½ mm Tornillo solidario al eje móvil. Tambor graduado. Dispositivo de blocaje, que sirve para fijar el eje móvil en una patrón y poder utilizar el micrómetro de calibre pasa, no pasa. Embrague. Este dispositivo consta de una rueda moletada que actúa por fricción. Sirve para impedir que la presión del eje móvil sobre la pieza supere el valor de 1 kg/cm2, ya que una excesiva presión puede dar lugar a medidas erróneas. El micrómetro presenta dos graduaciones para la lectura del milímetro y la centésima de milímetro. la rosca del tornillo micrométrico tiene paso de 0.5 mm. Por tanto con un giro completo del tornillo, el tambor graduado avanza o retrocede 0.5 mm. La extremidad cónica del tambor está dividida en 50 partes de otra graduación. Por tanto la apreciación se hace en este caso dividiendo el paso entre 50 partes; seria 0.5/50=0.01 mm. Girando el tambor, el cuerpo graduado en centésimas , el eje móvil y el embrague van corriendo por la escala graduada fija. El milímetro y el ½ milímetro se leen sobre la graduación lineal fija que está en correspondencia con la graduación de la parte cónica del tambor graduado.  El Cronómetro Los intervalos de tiempo se pueden medir utilizando un cronómetro, que consta de un sistema de reloj digital, indicando minutos, segundos y fracciones de segundo. Tiene un botón B utilizado para comenzar y detener el cronometraje y un boton C para regresarlo a cero. El cronómetro posee un circuito electrónico y un oscilador de de cuarzo. No debe someterlo a: choques violentos, temperaturas elevadas, ni exponerlo al agua. El Termómetro La lectura directa de la temperatura de un cuerpo se logra con instrumento que al ponerlo en contacto con éste da el valor de la temperatura. a este instrumento se le llama termómetro. EL termómetro consta de: un bulbo de vidrio que contiene un líquido que experimenta dilataciones lineales con la temperatura y un tubo copilar graduado y calibrado. El líquido más usado es el mercurio por que presenta una capacidad de dilatación regular a un buen conductor de calor. Estos termómetros tienen su escala dividida por el fabricante quien garantiza la aparición del mismo, la que se puede determinar por el método descrito antes para instrumentos de una sola escala.  Las escalas pueden estar divididas en grados centígrados (o Celsius), en grados Fahrenheit y/o grados Kelvin(escala absoluta) La relación de la escala centígrada y la absoluta es: Es bueno recordar que, una diferencia de temperatura en grado Kelvin es igual a una diferencia de un grado centígrado. La relación de la escala centígrada y la fahrenheit es: También se debe recordar que, una diferencia de un grado Centígrado no es igual a una diferencia de un grado Fahrenheit (verificarlo). Características. Partes: El trabajo en el  laboratorio implica medir magnitudes físicas mediante la utilizacion de instrumentos de medida. Medir es la comparación de la magnitud que se está estudiando con un patrón de medida. Si cada persona tuviera tuviera su propio patrón de medida, sólo él comprendería el valor de su resultado y no podría establecer comparaciones, a menos que supiera la equivalencia entre su patrón y el de su vecino. Por esta razón se ha acordado el establecimiento de un patrón. Si bien hasta hace poco, algunos países utilizaban como sistema de unidades el Sistema Británico, y otros países el Sistema Métrico Decimal, la tendencia es usar el Sistema Internacional (SI). Venezuela adopto el Sistema Internacional como sistema legal de medidas el 25 de Diciembre de 1964, en la gaceta oficial 27919 y sus unidades de medida se publicaron el 14 de julio de 1981, en la gaceta oficial extraordinaria 2823. El Sistema Internacional (SI) se apoya en siete magnitudes básicas: La longitud. La masa. El tiempo. La intensidad de corriente. La temperatura. La intensidad luminosa La cantidad de materia Características estáticas: Exactitud y Precisión. En primer lugar se analiza la diferencia entre los términos precisión y exactitud. En general estas dos palabras son sinónimos, pero en el campo de las mediciones indican dos conceptos completamente diferentes. Se dice que el valor de un parámetro es muy preciso cuando está muy bien definido. Por otra parte, se dice que dicho valor es muy exacto cuando se aproxima mucho al verdadero valor. Linealidad Por lo general los instrumentos se diseñan de forma que tengan una respuesta lo más lineal posible, es decir, que para un determinado incremento del parámetro que estamos midiendo, el desplazamiento correspondiente del indicador sea siempre el mismo, independientemente de la posición de éste. Por ejemplo, si tenemos el siguiente amperímetro, en el que cada división de 1 mA tiene 10 subdivisiones: Si se esta midiendo una corriente de 1 mA y en un momento dado dicha corriente aumenta 0.1 mA, la aguja debe deflectar una subdivisión. Por otra parte, si la corriente que estamos midiendo es de 3 mA y también sufre un incremento de 0.1mA, la aguja debe deflectar igualmente una subdivisión. Las desviaciones de este tipo de respuesta lineal se deben principalmente a las características de diseño mecánico del instrumento. Dichas desviaciones son más notorias hacia los extremos de la escala. Podremos profundizar más sobre esto cuando estudiemos el mecanismo de cada uno de los instrumentos. Sensibilidad  La sensibilidad de un instrumento es la relación entre la respuesta del instrumento (N° de divisiones recorridas) y la magnitud de la cantidad que estamos midiendo. Vamos a ver varios ejemplos. Para un miliamperímetro, la sensibilidad viene dada por el N° de divisiones que deflecta la aguja cuando por el instrumento circula 1 mA.Las unidades de este parámetro son div/mA. Si dos miliamperímetros tienen el mismo número de divisiones en su escala, pero el primero sufre una deflexión de 2divisiones cuando circula 1 mA, mientras que el segundo deflecta 10 divisiones parala misma corriente, este último es cinco veces más sensible que el primero. Para un voltímetro, de acuerdo a la definición general, la sensibilidad viene dada por el N° de divisiones deflectadas cuando en sus extremos hay una caída de 1Voltio. Para estos instrumentos se define además un parámetro especial denominado característica de sensibilidad, el cual viene expresado en Ohm/volt. La definición de este parámetro y su utilidad los veremos cuando estudiemos el voltímetro. Resolución Esta característica está relacionada con la precisión. La resolución de un instrumento es el menor incremento de la variable bajo medición que puede ser detectado con certidumbre por dicho instrumento. Por ejemplo, en el caso del reloj digital que vimos anteriormente, la resoluciones de una centésima de segundo. Si tenemos un amperímetro con la escala mostrada en la Figura, cada una de las divisiones corresponde a 1 mA. Gama y Escala. La gama de un instrumento se define como la diferencia entre la indicaciónmayor y la menor que puede ofrecer el instrumento. La gama puede estar dividida envarias escalas o constar de una sola. Por ejemplo, el amperímetro de la Fig. a tieneuna gama de 0 a 5 mA, y una sola escala, mientras que el de la Fig. b tiene una gamade 0 a 500 mA, dividida en 5 escalas, las cuales van respectivamente de 0 a 0.05 mA;de 0 a 0.5 mA; de 0 a 5 mA; de 0 a 50 mA y de 0 a 500 mA. Características dinámicas: Las características dinámicas de un sistema de medida describen su comportamiento ante una entrada variable. Este comportamiento es distinto al que presentan los sistemas cuando las señales de entrada son constantes debido a la presencia de inercias (masas, inductancias), capacidades (eléctricas, térmicas) y en general elementos que almacenan energía. El tipo de entrada puede ser transitoria (impulso, escalón, rampa), periódica (sinodal) o aleatoria (ruido). La elección de una u otra depende del tipo de sensor. El comportamiento dinámico de un sensor viene descrito por su función de transferencia. En ocasiones el fabricante no proporciona todas las especificaciones dinámicas ya que la respuesta dinámica del sensor no depende solo de el sino de la forma en que está siendo utilizado. Error momentáneo: No inmediatez en la respuesta del sistema, lo que ocasiona una diferencia entre el valor esperado  en cada momento y el que realmente se produce (no hay cambios en la  señal de entrada). En sistemas cuya entrada varia constantemente, la salida lo hará también pero con un retraso. Cuando la salida pasa de un valor a otro en un momento dado, se logrará alcanzar el valor final, pero pasado un tiempo 2.       Evaluación de la respuesta dinámica: Es importante en el ámbito de la instrumentación la respuesta de un sistema o equipo ante un cambio brusco de la variable de entrada (señal escalón) porque estos incorporan los efectos dinámicos propios del sistema. Los sistemas pueden tener muchos tipos de respuestas al escalón, eso depende del orden del numerador y el denominador de su Función de Transferencia. La respuesta es similar a la que presentaría un sistema de primer orden o de segundo orden (en el denominador), 2.1.    Sistema de medida de orden cero: En un sistema de orden cero se tiene que en la ecuación diferencial no hay derivadas, su respuesta temporal y frecuencial no experimentará cambios 2.2.    Sistema de primer orden: El parámetro dinámico que representa un sistema de primer orden es su constante de tiempo aunque se pueden definir otros parámetros que también pueden caracterizar lo rápido que resulta un sistema de primer orden como son tr y ts. El tiempo de subida (rise time), t, definido como el tiempo que transcurre entre que el sistema alcanza el 10% y el 90% del valor final. El tiempo de establecimiento (settling time), t, definido como el tiempo que transcurre hasta que el sistema proporciona una salida dentro del margen de tolerancia definido por su precisión. 2.3. Sistema de segundo orden: En los sistemas de segundo orden, la respuesta ante una entrada escalón no tiene un aspecto único, sino que pueden presentarse tres casos diferentes según la inercia y la amortiguación que presente el sistema, así : a) Sistemas sobre amortiguados —— Sistemas lentos b) Sistemas sub amortiguados —— Sistemas rápidos con oscilaciones c) Sistemas con amortiguamiento critico —— más rápidos que los sobre amortiguados. Tipos de error: Medición: La medición generalmente requiere el uso de un instrumento como medio físico para determinar la magnitud de una variable. Los instrumentos constituyen una extensión de las facultades humanas. El instrumento electrónico, como su nombre lo indica, se basa en principios eléctricos o electrónicos para efectuar una medición. Un instrumento puede ser un aparato relativamente sencillo y de construcción simple (medidor básico de corriente) El desarrollo de la tecnología demanda la elaboración de mejores instrumentos y más exactos. Nuevos diseños. Nuevas aplicaciones. Entender su principio de operación para optimizar su uso. Ninguna medición se puede realizar con una exactitud perfecta. Es importante saber cuál es la exactitud real y como se generan los diferentes errores en las mediciones. Un estudio de los errores es el primer paso al buscar los modos de reducirlos. Los errores pueden provenir de diferentes fuentes.   ERROR: Diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable de salida. Si el proceso está en condiciones de régimen permanente existe el llamado error estático. En condiciones dinámicas, el error varia considerablemente debido a que los instrumentos tienen características comunes a los sistemas físicos. Absorben energía del proceso. Esta transferencia requiere cierto tiempo para ser transmitido. Retardos en la lectura. Este es el llamado error dinámico. El error dinámico depende del tipo de fluido, de su velocidad, del elemento primario (termopar, bulbo, etc), de los medios de protección. Los errores se pueden clasificar en tres categorías: a)      Errores graves. b)      Errores sistemáticos. c)       Errores aleatorios. Errores Graves: Son en gran parte de origen humano, como mala lectura de los instrumentos, ajuste incorrecto  y aplicación inapropiada. Mal registro y calculo de los resultados de las mediciones. Se cometen inevitablemente algunos errores, sin embargo se debe intentar anticiparlos y corregirlos. Algunos se detectan con facilidad, pero otros son muy evasivos. Principiantes (uso inadecuado de los instrumentos). Errores Sistemáticos: Se dividen en dos categorías: a)      Errores Instrumentales. b)      Errores Ambientales. Aunque en este grupo podrían incluirse los errores estático y dinámico. Errores Instrumentales: Referentes a los defectos de los instrumentos. Por ejemplo aquellos que realizan medición según su estructura mecánica. No ajustar el dispositivo a cero antes de tomar la lectura. El usuario debe tomar precauciones antes de usar el instrumento. Las fallas de los instrumentos se pueden verificar con la estabilidad y la reproducibilidad. Comparar con otro de las mismas características. Estos errores se pueden evitar: a)      Seleccionando el instrumento adecuado para la medición particular. b)      Aplicando los factores de corrección. c)       Calibran el instrumento con un patrón. Errores ambientales: Se deben a las condiciones externas que afectan la operación del dispositivo. Efectos del cambio de temperatura, humedad, campos magnéticos.  Por ejemplo los cambios de temperatura pueden alterar las propiedades elásticas del resorte de un mecanismo y afecta la lectura del instrumento. Se pueden corregir evitando esas variables adversas. Errores Aleatorios: Se deben a causas desconocidas y ocurren incluso cuando todos los errores sistemáticos se han considerado.