INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta conversión

o medida. Dos características importantes de un instrumento de medida son la

apreciación y la sensibilidad.

Apreciación es la mínima cantidad que un instrumento puede medir (sin

estimaciones) de una determinada magnitud y unidad, o sea el intervalo entre dos

divisiones sucesivas de su escala.

MEDIR

Es comparar una cantidad desconocida que queremos determinar y una

cantidad conocida de la misma magnitud, que elegimos como unidad. El resultado de

medir se le llama medida y da como producto un número que es la relación entre el

objeto a medir y la unidad de referencia.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Para medir masa:

› Balanza.› Bascula.› Espectrómetro de masa.› Catarómetro.

La Balanza: 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, o una báscula, es un instrumento de

medición que permite medir la masa de un objeto.

Para realizar las mediciones se utilizan patrones de masa cuyo grado de

exactitud depende de la precisión del instrumento. 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.

Balanza analítica.

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)

Báscula: 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.

Actualmente existen dos tipos de básculas: mecánicas y electrónicas.

En el caso de las básculas mecánicas, las mismas pueden ser por contrapeso o

con muelle elástico.

Las básculas con contrapeso actúan por medio de un mecanismo de

palancas. Ese mecanismo de palancas transforma la fuerza correspondiente al peso

del objeto a medir en un momento de fuerzas, que se equilibra mediante el

desplazamiento de un pilón a lo largo de una barra graduada, donde se lee el peso de

la masa. El principio de funcionamiento de estas básculas es similar al de una romana

o una balanza, comparando masas, mediante una medición indirecta a través del peso.

Básculas con muelle elástico. Basadas en la deformación elástica de un

resorte que soporta la acción gravitatoria del peso del objeto a medir, en lugar de

realizar una comparación de masas. Al funcionar por muelle elástico, estas básculas

miden la fuerza ejercida por un objeto sujeto a la fuerza de gravedad, es decir, el

peso.

Básculas electrónicas. Las básculas electrónicas utilizan sensores conocidos

como célula de carga o celda de carga. Las celdas de carga convencionales consisten

en una pieza de metal a la que se adhieren galgas extensométricas. Estas galgas

cambian su resistencia eléctrica al traccionarse o comprimirse cuando se deforma la

pieza metálica que soporta el peso del objeto. Por tanto, miden peso.

Tipos de básculas.

Básculas de baño. Se encuentran en muchos hogares y son un elemento muy

útil y rápido para conocer el peso de las personas.

Básculas para pesar personas en farmacias. Son básculas muy sofisticadas

que introduciendo una moneda, pesan, miden la estatura y calculan el peso ideal que

corresponde a la persona o su índice de masa corporal.

Báscula para pesar mercancías en empresas y almacenes: Son básculas

cuya plataforma está a ras de suelo, y permiten pesar de forma rápida y directa las

mercancías que maneja una empresa, hay básculas de diferentes capacidades de peso.

Báscula para pesar camiones. Son básculas de gran capacidad de peso que

se instalan en la entrada de muchas empresas y en las carreteras para pesar

directamente a los camiones que acceden a las empresas o controlarlos en las

carreteras por si llevan exceso de carga.

Báscula para pesar graneles. También llamada Bulk Weighing (pesaje en

continuo por ciclos), son básculas intercaladas en cintas transportadoras de materiales

a granel. El sistema consta de dos tolvas en línea vertical. La superior tiene por objeto

almacenar material mientras se produce el pesado del contenido de la tolva inferior.

Una vez efectuado el mismo, el granel es liberado a la cinta transportadora y, cuando

la tolva se vacía, vuelve a llenarse con el material acumulado en la tolva superior.

Báscula de dosificación. Son básculas normalmente en forma de tolva

suspendida por células de carga. A dicha tolva le llegan unos tornillos sin fin cuyos

motores están controlados por un visor dosificador que puede realizar una fórmula

con varios componentes.

ESPECTRÓMETRO DE MASAS.

La espectrometría de masas 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).

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. El haz de iones produce un patrón específico en el detector, que permite

analizar el compuesto.

Componentes

Un espectrómetro de masas tiene tres componentes fundamentales: la fuente

de ionización, el analizador de masa y el detector.

Fuente de ionización: La fuente de iones es el elemento del espectrómetro

que ioniza el material a ser analizado (el analito). Luego los iones son transportados

por los campos magnéticos o eléctricos al analizador total.

Las técnicas para la ionización han sido dominantes para determinar qué tipos

de muestras se pueden analizar por espectrometría de masa. La ionización del

electrón y la ionización molecular se utilizan para los gases y los vapores.

Analizador de masa

El analizador de masa es la pieza más flexible del espectrómetro de masa.

Utiliza un campo eléctrico o magnético para afectar la trayectoria o la velocidad de

las partículas cargadas de una cierta manera. La fuerza ejercida por los campos

eléctricos y magnéticos es definida por la fuerza de Lorentz:

donde E es la fuerza del campo eléctrico, B es la

inducción del campo magnético, q es la carga de la partícula, v es su velocidad y x

simboliza el producto cruz o producto vectorial. Todos los analizadores totales

utilizan las fuerzas de Lorentz de una manera u otra en la determinación de masa-

carga, estáticamente o dinámicamente.

El detector

El detector registra la carga inducida o la corriente producida cuando un ion

pasa cerca o golpea una superficie. En un instrumento de exploración la señal es

producida en el detector durante la trayectoria de la misma (en qué m/z) y producirá

un espectro de masa, un expediente del m/z's en el cual los iones están presentes. El

funcionamiento del electromultiplicador se basa en el efecto cascada producido al

impactar un determinado ion (o iones) en el mismo. Aplicando una diferencia de

potencial entre sus extremos, se consigue aumentar el factor de amplificación, que

vendrá determinado por el número de sub etapas amplificadoras que componen el

detector.

CATARÓMETRO

Es un instrumento utilizado para la determinación de la composición de una

mezcla de gases. Es un detector de conductividad térmica.

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.

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.

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.

Para medir Tiempo:

› Calendario

› Cronómetro

› Reloj

› Reloj atómico

› Datación radiométrica

El calendario: Es una cuenta sistematizada del transcurso del tiempo,

utilizado para la organización cronológica de las actividades humanas. Las primeras

mediciones del tiempo se hicieron observando el cambio de las fases lunares o

lunación, cuya duración es de 29,5306 días (mes lunar o sinódico) y el año lunar que

constaba de 12 lunas al cual ocasionalmente se le añadía otro mes lunar; en estos

primitivos calendarios los cálculos se realizaban contando el número de días faltantes

o lunas llenas esperados para un evento determinado.

El calendario actual se basa en el ciclo que tarda el planeta en dar una vuelta

alrededor del Sol. El calendario solar presenta varias ventajas, siendo la principal, que

marca también el inicio de las estaciones, las cuales son de suma importancia para la

planeación de las siembras, preparación para los cambios de clima, etc.

El cronómetro: Son relojes mecánicos de alta precisión y son empleados por

los navegantes para determinar la longitud geográfica y calcular su posición en alta

mar. La aplicación de un cronómetro es la de un reloj que mide con gran precisión, un

tiempo determinado.

El Reloj: Instrumento que permite medir el tiempo.

Para medir Longitud:

› Cinta métrica

› Regla graduada

› Calibre

› Vernier

› Micrómetro

› Reloj comparador

› Interferómetro

› Odómetro

Cinta Métrica: Instrumento de medición lineal que alcanza mayores medidas

que el metro.

Medición con cinta métrica

Un problema habitual al medir una distancia con una cinta, es que la distancia

a medir sea mayor que la longitud de la cinta. Para subsanar este inconveniente, en

agrimensura se aplica lo que se denomina "Procedimiento Operativo Normal"

(P.O.N.).

El procedimiento se auxilia con jalones y un juego de fichas o agujas de

agrimensor (pequeños pinchos de acero, generalmente diez, unidos a un anillo de

transporte).

Procedimiento Operativo Normal

Con los jalones se materializa la línea que se ha de medir, de la siguiente

manera: se coloca un jalón en cada extremo del segmento a medir y luego se alinean

(a ojo) uno o más jalones, de manera que los sub segmentos obtenidos sean menores

que la longitud de la cinta disponible.

Una vez materializada la línea por donde pasará la cinta, uno de los

integrantes del equipo de medición (de ahora en más el "delantero"), tomará un

extremo de la cinta y el juego de fichas, y comenzara a recorrer el segmento a medir,

Donde se termine la cinta será alineado (a ojo) por el otro integrante del equipo (de

aquí en más el "zaguero"), y allí clavará la primera ficha por dentro de la manija que

tiene en sus manos. Este procedimiento se repetirá tantas veces como sea necesario

para llegar hasta el otro extremo del segmento.

A medida que se vaya avanzando, el delantero irá clavando sus fichas y el

zaguero colocará la manija de su extremo por fuera de la ficha encontrada, levantando

la misma y guardándola en otro anillo de transporte, cuando el delantero haya

alineado y clavado una nueva ficha. Al final se contarán las fichas que el zaguero

tenga en su anillo (que serán el número de "cintadas") y se las multiplicará por la

longitud de la cinta; a ello se sumará el resto de segmento que se encuentre entre la

última ficha y el jalón de llegada, lo que dará la distancia medida total.

Regla graduada: Es un instrumento para medir y trazar líneas rectas, su

forma es rectangular, plana y tiene en sus bordes grabaciones de decímetros,

centímetros y milímetros.

Es un instrumento de medición con forma de plancha delgada y rectangular

que incluye una escala graduada dividida en unidades de longitud, por ejemplo

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.

CALIBRE

El calibre, también denominado calibrador, cartabón de corredera, pie de rey,

pie de metro, pie a coliza o Vernier, es un instrumento para medir dimensiones de

objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros

(1/10 de milímetro, 1/20 de milímetro, 1/50 de milímetro). En la escala de las

pulgadas tiene divisiones equivalentes a 1/16 de pulgada, y, en su nonio, de 1/128 de

pulgada.

Es un instrumento sumamente delicado y debe manipularse con habilidad,

cuidado y delicadeza, con precaución de no rayarlo ni doblarlo (en especial, la coliza

de profundidad). Deben evitarse especialmente las limaduras, que pueden alojarse

entre sus piezas y provocar daños.

Componentes

Consta de una "regla" con una escuadra en un extremo, sobre la cual se desliza

otra destinada a indicar la medida en una escala. Permite apreciar longitudes de 1/10,

1/20 y 1/50 de milímetro utilizando el nonio. Mediante piezas especiales en la parte

superior y en su extremo, permite medir dimensiones internas y profundidades. Posee

dos escalas: la inferior milimétrica y la superior en pulgadas.

1. Mordazas para medidas externas.

2. Mordazas para medidas internas.

3. Coliza para medida de profundidades.

4. Escala con divisiones en centímetros y milímetros.

5. Escala con divisiones en pulgadas y fracciones de pulgada.

6. Nonio para la lectura de las fracciones de milímetros en que esté dividido.

7. Nonio para la lectura de las fracciones de pulgada en que esté dividido.

8. Botón de deslizamiento y freno.

Vernier: El nonio o vernier es una segunda escala auxiliar que tienen algunos

instrumentos de medición, que permite apreciar una medición con mayor precisión al

complementar las divisiones de la regla o escala principal del instrumento de medida.

Odómetro

Es un dispositivo que indica la distancia recorrida en un viaje por un

vehículo.

Características

Los odómetros mecánicos generalmente están constituidos por una serie de

ruedas que muestran los números por una ventanilla. En el caso de los automóviles

suelen venir conjuntamente con el velocímetro. Pueden tener totales (kilómetros

desde que se fabricó), parciales (desde la última vez que se puso en cero) o ambos.

Para medir ángulos:

› Goniómetro o Sextante

› Transportador

Goniómetro o sextante: Es un instrumento de medición con forma de

semicírculo o círculo graduado en 180º o 360º, utilizado para medir o construir

ángulos. Este instrumento permite medir ángulos entre dos objetos, tales como dos

puntos de una costa, o un astro 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.

Transportador: 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

sexagesimales) o 200g (grados 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.

Para medir temperatura:

› Termómetro

› Termopar

› Pirómetro

El termómetro: Es un instrumento que se usa para medir la temperatura. Su

presentación más común es de vidrio, el cual contiene un tubo interior con mercurio,

que se expande o dilata debidos a los cambios de temperatura. Para determinar la

temperatura, el termómetro cuenta con una escala debidamente graduada que la

relaciona con el volumen que ocupa el mercurio en el tubo. Las presentaciones más

modernas son de tipo digital, aunque el mecanismo interno suele ser el mismo.

Termopar: Es un sensor formado por la unión de dos metales distintos que

produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura

entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida

y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia.

En Instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como

sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores

estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal

limitación es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius

son difíciles de obtener.

El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila.

Tanto los termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de

calefacción a gas.

Pirómetro: Dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin

necesidad de estar en contacto con ella. El término se suele aplicar a aquellos

instrumentos capaces de medir temperaturas superiores a los 600 grados celsius. El

rango de temperatura de un pirómetro se encuentra entre -50 grados celsius hasta

+4000 grados celsius. Una aplicación típica es la medida de la temperatura de metales

incandescentes en molinos de acero o fundiciones.

Para medir presión:

› Barómetro

› Manómetro

› Tubo de Pitot (utilizado para determinar la velocidad)

Barómetro: Es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión

atmosférica es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera.

Manómetro: Es un aparato que sirve para medir la presión de fluidos

contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y

los de gases.

Tubo de Pitot: Sirve para calcular la presión total, también llamada presión

de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión

estática y de la presión dinámica).

Para medir velocidad:

› Tubo de Pitot (utilizado para determinar la velocidad)

› Velocímetro

› Anemómetro (utilizado para determinar la velocidad del viento)

› Tacómetro (Para medir velocidad de giro de un eje)

Velocímetro: Es un instrumento que mide el valor de la rapidez media de un

vehículo. Debido a que el intervalo en el que mide esta rapidez es generalmente muy

pequeña se aproxima mucho a la magnitud de la Velocidad instantánea, es decir la

rapidez instantánea.

El anemómetro: Es un aparato meteorológico que se usa para la predicción

del tiempo y, específicamente, para medir la velocidad del viento. (No siempre es

exacto a menos que sea un anemómetro digital).

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.

En aeronáutica, para el control de la velocidad de la aeronave, se utiliza otro

tipo de anemómetro de concepción y apariencia diferente; su funcionamiento está

basado en la presión de impacto del aire y la medición se hace teniendo en cuenta esta

presión y la atmosférica del momento. Este anemómetro especial se conoce como

Tubo Pitot.

Tacómetro: El tacómetro es el medidor de revoluciones que se emplea para

indicar la velocidad de avance instantánea, por esta razón, ha sido uno de los

primeros instrumentos utilizados en un vehículo.

Los primeros tacómetros se efectuaba tomando el movimiento de un órgano

que giraba a una velocidad angular proporcional a la velocidad de avance; por tanto,

midiendo dicha velocidad podría obtenerse una lectura transformada directamente en

velocidad de avance. La evolución técnica de los tacómetros se refiere al método de

medida de velocidad angular; los primeros tacómetros efectuaban la medida de la

velocidad angular derivándola de la fuerza centrífuga (mecanismo de Watt); en los

casos de mayor prestigio se empleaban complicados instrumentos de relojería.

Electrómetro:

Se denomina electrómetro a un electroscopio dotado de una escala. Los

electrómetros, al igual que los electroscopios, han caído en desuso debido al

desarrollo de instrumentos electrónicos de precisión.

Uno de los modelos de electrómetro consiste en una caja metálica en la cual se

introduce, debidamente aislada por un tapón aislante, una varilla que soporta una

lámina de oro muy fina o una aguja de aluminio, apoyada en este caso de tal manera

que pueda girar libremente sobre una escala graduada.

Al establecer una diferencia de potencial entre la caja y la varilla con la

lámina de oro (o la aguja de aluminio), esta es atraída por la pared del recipiente. La

intensidad de la desviación puede servir para medir la diferencia de potencial entre

ambas.

Para medir propiedades eléctricas:

› Electrómetro (mide la carga)

› Amperímetro (mide la corriente eléctrica)

› Galvanómetro (mide la corriente)

› Voltímetro (mide la tensión)

› Osciloscopio

Electrómetro: Se denomina electrómetro a un electroscopio dotado de una

escala. Los electrómetros, al igual que los electroscopios, han caído en desuso debido

al desarrollo de instrumentos electrónicos de precisión.

Uno de los modelos de electrómetro consiste en una caja metálica en la cual se

introduce, debidamente aislada por un tapón aislante, una varilla que soporta una

lámina de oro muy fina o una aguja de aluminio, apoyada en este caso de tal manera

que pueda girar libremente sobre una escala graduada.

Al establecer una diferencia de potencial entre la caja y la varilla con la

lámina de oro (o la aguja de aluminio), esta es atraída por la pared del recipiente. La

intensidad de la desviación puede servir para medir la diferencia de potencial entre

ambas.

Amperímetro: Es un instrumento que sirve para medir la intensidad de

corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un microamperímetro está

calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de

amperio.

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.

Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de

manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito

eléctrico.

Los voltímetros, en esencia, están constituidos de un galvanómetro sensible

que se conecta en serie a una resistencia extra de mayor valor. A fin de que durante el

proceso de medición no se modifique la diferencia de potencial, lo mejor es intentar

que el voltímetro utilice la menor cantidad de electricidad posible.

Osciloscopio: El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización

gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo.

El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras

que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.

¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?

Básicamente esto:

› Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.

› Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.

› Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.

› Localizar averías en un circuito.

› Medir la fase entre dos señales.

› Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el

tiempo.

Para medir otras magnitudes:

› Caudalímetro (utilizado para medir caudal)

› Colorímetro

› Espectroscopio

› Microscopio

› Espectrómetro

› Contador geiger

› Radiómetro de Nichols

› Sismógrafo

› PHmetro (mide el pH)

› Pirheliómetro