TEMA 42
MEDIDA DE MAGNITUDES:
INSTRUMENTOS Y
PROCEDIMIENTOS.
EL ERROR EN LA MEDIDA.
INTRODUCCION.
1.
MEDIDAS DE MAGNITUDES:
INSTRUMENTOS Y PROCEDIMIENTOS.
1.1.
INSTRUMENTOS PARA LA
MEDIDA DE
LONGITUDES.
METROS.
MEDIDA DIRECTA DE
LONGITUDES
UTILIZANDO EL
METRO.
REGLAS GRADUADAS.
MEDIDA DIRECTA DE
LONGITUDES
UTILIZANDO LAS REGLAS GRADUADAS.
CALIBRADOR O PIE DE REY.
Fundamentos del
Nonius.
MEDIDA DIRECTA DE
LONGITUDES
UTILIZANDO EL
CALIBRADOR O PIE DE REY.
MICROMETRO O PALMER.
MEDIDA DIRECTA DE
LONGITUDES
UTILIZANDO EL
MICROMETRO O PALMER.
INSTRUMENTOS DE
COMPARACION.
MEDIDA DIRECTA DE
MAGNITUDES
UTILIZANDO EL
COMPARADOR.
1.2.
INSTRUMENTOS PARA LA MEDIDA DE
ANGULOS.
TRANSPORTADOR SIMPLE.
MEDIDA DIRECTA DE ANGULOS UTILIZANDO
TRANSPORTADORES.
GONIOMETRO UNIVERSAL.
MEDIDA DIRECTA DE
ANGULOS UTILIZANDO
EL GONIOMETRO
UNIVERSAL.
1.3.
INSTRUMENTOS PARA LA MEDIDA DE
TEMPERATURAS.
INSTRUMENTOS DE
CONTACTO.
INSTRUMENTOS DE
RADIACION.
PROCEDIMIENTOS PARA LA
MEDIDA DE
TEMPERATURAS.
TERMOMETROS.
LAPICES
DE CONTACTO.
PIRAMIDES
O CONOS DE SEGER.
PIROMETROS.
Pirómetros de resistencia.
Pirómetros termoeléctricos.
Pirómetros ópticos.
Pirómetro de radiación.
1.4. INSTRUMENTOS PARA MEDIDAS ELECTRICAS.
GALVANOMETRO.
VOLTIMETRO.
PROCEDIMIENTOS PARA LA MEDIDA DE
TENSIONES.
AMPERIMETRO.
PROCEDIMIENTOS PARA LA MEDIDA DE
INTENSIDADES.
OHMIMETRO.
PUENTE DE
WHEATSTONE.
PROCEDIMIENTOS PARA LA MEDIDA DE
RESISTENCIAS.
Por medio de un voltímetro y un
amperímetro.
Por medio de un ohmímetro.
Por medio del puente de Wheatstone.
VATIMETRO.
PROCEDIMIENTOS PARA LAS MEDIDAS
DE
POTENCIA EN CORRIENTE CONTINUA.
Por medio de un voltímetro y un
amperímetro.
Por medio de un vatímetro.
PROCEDIMIENTOS PARA LAS MEDIDAS
DE
POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA
MONOFASICA.
Potencia Media o Activa.
Potencia Reactiva.
Potencia Aparente.
Medida de la potencia media o activa.
Medida de
la potencia reactiva.
Medida de potencia aparente.
POLIMETRO.
FRECUENCIMETRO.
FASIMETRO.
PROCEDIMIENTO PARA LA MEDIDA DEL FACTOR DE POTENCIA.
Por medio de un vatímetro, un voltímetro y un
amperímetro.
Por medio de un fasímetro.
CONTADOR DE ENERGIA.
PROCEDIMIENTOS DE MEDIDA DE ENERGIA EN CORRIENTE
CONTINUA.
PROCEDIMIENTOS DE MEDIDA DE ENERGIA EN CORRIENTE
ALTERNA MONOFASICA.
2.
EL ERROR EN LA MEDIDA.
2.1. ERROR ABSOLUTO Y RELATIVO.
2.2.
CAUSAS DE ERROR EN LA MEDIDA.
BIBLIOGRAFIA.
INTRODUCCION.
La noción de medida surge como la consecuencia de la necesidad de referirse a unas bases fijas que el hombre experimenta, al intentar expli-carse coherentemente, y ordenar después, el curso de los fenómenos. La definición de un substrato común de referencia, viene impuesta también por el desenvolvimiento práctico de la actividad económica y comercial.
En los procesos de mecanización de piezas es
necesario controlar sus dimensiones con el fin de dejarlas a las medidas que
indican los planos.
En la producción y consumo de energía
eléctrica, se hace necesario me-dir las distintas magnitudes que intervienen en
cualquier instalación o dis-positivo eléctrico.
Para que el operario pueda llevar a cabo la
medición correspondiente, se hace necesario el empleo de unos instrumentos que
nos permitan obte-ner con mayor o menor exactitud el valor de dichas magnitudes
o compro-bar que éstas se sitúan dentro de unos límites admisibles.
Esta operación de medición se realiza con
los instrumentos de medida.
En este tema se estudian los instrumentos y
procedimientos empleados para medir magnitudes de longitud, angulares,
temperatura, electricidad y el error en la medida.
1. MEDIDAS DE MAGNITUDES:
INSTRUMENTOS Y
PROCEDIMIENTOS.
1.1.
INSTRUMENTOS PARA LA MEDIDA DE
LONGITUDES.
Son instrumentos que sirven para determinar la distancia entre dos caras o superficies planas, dos puntos definidos, dos aristas de una pieza, etc.
Los
más utilizados son:
A) METROS.
Son instrumentos que tienen marcada la longitud del metro y sus diviso-res, centímetros o milímetros, y que se emplean para medir aunque con poca precisión. Pueden estar construidos en madera, acero, latón o dura-luminio.
Se
clasifican según la forma como están
construidos:
Plegables: Están graduados en centímetros
y milímetros y generalmente se pliegan de decímetro en decímetro mediante una
articulación. Se em-plean en trabajos en los que se requiere poca exactitud.
Flexibles: Se emplean sobretodo para
medidas de escasa precisión, pero son muy utilizadas por su comodidad y
facilidad de manejo.
Constan de una cinta flexible generalmente de acero, graduada en
centí-metros y milímetros, enrollada en el interior de un cuerpo protector,
como cajitas metálicas o de plástico para facilitar su manejo y conservación,
del que se puede extraer según la
longitud a medir. Se suelen fabricar de uno a tres metros de longitud. En su
origen suelen llevar un gancho para que el acero coincida con las aristas de
las piezas.
MEDIDA
DIRECTA DE LONGITUDES UTILIZANDO EL METRO.
En las siguientes
figuras se puede observar la forma de utilizar el metro en medidas directas de
formas distintas.
El
metro en su origen dispone de un gancho
desplegable que facilita la coincidencia del cero con las aristas de las
piezas.
B)
REGLAS GRADUADAS.
Una regla es un instrumento de materia
rígida, generalmente acero, utili-zado en las operaciones de medición (=determinación del número de
veces que la magnitud a medir contiene la unidad de medida) y de trazado (= o-peración de ajuste que consiste en dibujar la forma
que ha de tener una pieza o una parte de ella, en el trozo de material que se
ha de construir).
La
regla utilizada para la operación de medición es la regla graduada, cuyo principal uso es el de medir la distancia
entre dos puntos en una superficie plana.
Es una barra de acero inoxidable, de forma (o sección) rectangular y con
longitudes de 20, 30, 50 y 100 cm. En uno de sus bordes de una cara tiene una
escala, graduada generalmente en milímetros y medios milímetros. También hay
graduadas en los dos bordes: en estos casos, muchas veces, uno de los bordes
está graduado en mm, y el otro en pulgadas y fracciones de pulgada, (1 pulgada
= 25.4 mm).
Las
reglas graduadas pueden ser flexibles o rígidas. En muchos casos tie-nen los
bordes biselados (=afilados) para que los trazos de la regla se adap-ten mejor
a la pieza a medir y puedan tomarse las medidas con mayor pre-cisión pero, aún
así, al igual que los metros son aparatos de poca precisión. Existen varios
tipos de reglas como la vertical y con corredera.
Generalmente se emplean para medir longitudes en trabajos de medición. Para trabajos de trazado para trazar líneas rectas se
emplean las reglas de trazado las
cuales no están graduadas.
MEDIDA
DIRECTA DE LONGITUDES UTILIZANDO LAS REGLAS GRADUADAS.
Los casos más corrientes en los que se emplea la regla graduada, es cuan-do se trata de medir la distancia entre dos puntos en una superficie plana. En estos casos, basta con situar la regla de forma que su borde esté situado entre los dos puntos, coincidiendo el cero de la escala con uno de estos puntos. De esta forma, en el otro punto, la escala señala la medida exacta de la distancia entre los dos puntos. Cuando se trata de medir, por ejemplo, la distancia entre dos rectas paralelas, debe procurarse que la regla quede bien perpendicular a dichas rectas, como se muestra en la ilustración, ya que si la regla se coloca inclinada, la medida no resultaría correcta.
En los casos en los que debe medirse la longitud de una cara, como en la figura, es conveniente colocar una escuadra para apoyar la regla, con objeto
de que esta quede bien perpendicular a las aristas de las caras.
Algunos otros casos de medidas utilizando distintos tipos de reglas se muestran en las siguientes ilustraciones:
C) CALIBRADOR O PIE DE REY.
El pie de rey o calibrador por su precisión
y fácil manejo, es el instru-mento más frecuentemente empleado para tomar
medidas en el taller ya que con él podemos realizar medidas interiores, exteriores
y profundida-des de mediana y pequeña precisión.
Está
formado por una regla fija graduada,
en uno de cuyos extremos va montada una pata
superior (a) y otra inferior (g); en el pie de rey de la figu-ra la regla tiene
dos escalas, una dividida en milímetros en su parte inferior
y otra dividida en pulgadas y subdividida en
dieciseisavos de pulgada en la parte superior.
Sobre la regla se desliza un cursor
o abrazadera (c), provisto también en
un extremo de una pata superio (b) y otra inferior (i).
Las dos patas superiores, (a) y (b), del pie
de rey sirven para medir distan-cias
interiores, y las patas exteriores, (g) y (i), para medir distancias exte-riores.
En
el cursor o abrazadera va gravada una reglilla
móvil o nonio ( nonius ) de graduación distinta a la de
la regla fija, para la lectura con gran
preci-sión de la distancia entre las patas cuando éstas están separadas. El
valor de las divisiones del nonius depende de la precisión que se desee obtener.
Los
tornillos (L) y (K) sirven para sujetar el cursor, una vez que las patas tocan
las superficies entre las que se mide la distancia, evitando así que se deslice
y que la medida varíe antes de la lectura.
Existe otra varilla, (h), en el otro extremo de la regla. Ésta va unida
al cursor y se descubre a medida que se hace retroceder éste; se usa para medir
profundidades.
Fundamentos
del Nonius:
Como acabamos de ver, el pie de rey o calibrador tiene dos escalas, la de la regla fija y la de la regla móvil. Veamos cómo se miden longitudes mediante el pie de rey con aproximaciones de décimas de milímetro. La reglilla del nonius tiene una longitud de 9 mm y está dividida en 10 partes
iguales; cada una de las partes de la reglilla tendrá entonces pues una longi-tud de 9/10 = 0.9 mm y la diferencia entre una parte de la regla ( 1 mm ) y una de la reglilla ( 0.9 mm ) será de 0.1 mm.
Si
se desplaza la reglilla hasta que la división 1ª de ésta coincida con una de la
regla, la distancia entre el 0 de la reglilla y la división inmediata ante-rior
de la regla es de 0.1 mm de separación entre las patas del pie de rey;
si se desplaza la reglilla hasta que la división 2ª
de ésta coincida con una de la regla, la distancia entre el cero de la reglilla
y la división inmediata anterior de la regla será de 0.2 mm de separación entre
las patas del pie de
rey, y así sucesivamente. Tenemos pues que la
distancia en décimas de milímetro desde el 0 de la reglilla a la división de la
regla inmediata ante-rior a este cero, es indicada por la división de la
reglilla que coincide con una de la regla.
Supongamos el siguiente ejemplo:
la medida sería de 38.4 mm, pues como puede
apreciarse, delante del cero de la reglilla está la división 38 mm y la división 4ª de la reglilla coincide
con una división de la regla.
En
algunos pies de rey las divisiones del nonio están dispuestas de forma que
puedan apreciarse las distancias con precisión de cincuentavos, donde la
reglilla tiene 49 mm y está dividida en 50 partes, o de centésimas de
mi-límetro, donde la reglilla tiene 99 mm y está dividida en 100 partes. En
am-bos casos la lectura y el funcionamiento se hace de la misma forma
estudia-da.
En
los de pie de rey como el ilustrado la lectura se hace en el nonio tanto si se
mide con las patas (a) y (b) como si se hace con las patas (g) y (i) o con la
varilla (h).
MEDIDA
DIRECTA DE LONGITUDES UTILIZANDO EL CALIBRADOR O PIE DE REY.
El pie de rey es un instrumento de precisión y debe tratarse con mucho cuidado.
Al
tomar una medida, no se debe forzar el pie de rey, ni colocarlo con el brazo
fijo presionando sobre la pieza, pues puede doblarse y estropearse. Debe
realizarse la medida, cogiendo el pie de rey con la mano derecha, de manera que
el dedo pulgar se sitúe sobre la palanquita de la regla móvil, acercando con
cuidado el brazo móvil del calibrador y, con la mano iz-quierda aguantamos el
brazo fijo del calibrador; una vez ajustado el pie de rey a la pieza, se retira
suavemente, sin hacer palanca ni forzarlo.
Para
medir interiores, se abre el pie de
rey con una abertura menor que la
pieza que se ha de medir introduciendo las dos patas superiores (a) y (b) entre
las caras que se quieren medir. Luego se continúa abriendo hasta que dichas
patas se ponen en contacto con las caras interiores que se desean medir.
Seguidamente se produce la lectura y una vez hecha ésta, se cierra el pie de
rey para sacarlo.
Para
medir exteriores, se abre el pie de
rey con una abertura mayor que la
pieza que se ha de medir. Encajamos las patas inferiores (g) y (i) del pie de
rey en las caras de la pieza cerrando el pie de rey hasta que las patas estén
completamente juntas a las caras. Se efectúa la lectura de la medida, se abre
el pie de rey y se retira.
Para
medir profundidades, se apoya
perpendicularmente el extremo (que no tiene los brazos) de la regla fija en el
borde de la ranura, agujeros, etc., que se desea medir. Seguidamente se abrirá
el pie de rey hasta que la varilla (h) haga tope en el fondo. En ese momento se
retira y se realiza la lectura.
En
la ilustración del principio del apartado, se pueden observar (líneas
discontinuas) como se realizan medidas exteriores, interiores y profundida-des
con los distintos elementos del calibrador o pie de rey.
D) MICROMETRO O PALMER.
Es
un instrumento para la medición de espesores.
Es un aparato de mayor precisión que todos los anteriores por lo que resulta
muy útil para electri-cistas que deben efectuar continuas mediciones de
diámetros de cables y otros conductores eléctricos.
Su
funcionamiento se basa en el sistema tornillo-tuerca;
se hace girar un
tornillo montado en una tuerca fija de forma
que el desplazamiento del tor-nillo en el sentido de su longitud es
proporcional al giro de su cabeza. Por ejemplo, si el tornillo 1 de la figura
de arriba, se hace girar dentro de la tuerca 2, al dar una vuelta completa en
el sentido de la flecha a, el
tornillo avanza en el sentido de la flecha b
una longitud igual al paso de rosca; si se dan dos vueltas, avanza una longitud
igual a dos pasos; si se da media vuel-ta, avanzará medio paso, etc... Así, si
dividimos la cabeza del tornillo en “n” partes, llamando al paso del tornillo
“P”, cada vez que giremos una división respecto a un punto fijo, el extremo del
tornillo se desplazará una longitud a =
P/n. El valor obtenido por cada división recibe el nombre de precisión del tornillo. Por ejemplo, si
elegimos un tornillo de 0.5 mm de paso, que es el normalmente utilizado, y en
la cabeza se dispone una escala circular
dividida en 50 partes iguales, con el dispositivo así preparado, se podrán
medir desplazamientos de
0.5
¾¾ = 0.01 mm.
50
Las
partes fundamentales de las que se compone un micrómetro o pálmer, se pueden
observar en la siguiente figura:
freno
Está constituido por un cuerpo en forma de herradura
o husillo en uno de cuyos extremos está fija una regla cilíndrica graduada
en medios mm (2) que sostiene la tuerca
fija (no visible en la figura); el extremo del tornillo tiene forma de
varilla cilíndrica y forma el tope móvil
(3), mientras su cabeza está unida al tambor
graduado hueco (4). Al hacer girar el tambor (4), el tornillo se enrosca o
desenrosca en la tuerca fija y el tambor avanza o retrocede junto al tope (3).
Cuando el tope fijo (1) y el tope
móvil (3) están en contacto, el tambor cubre completamente la escala y la
división 0 del tambor coincide con la línea de la escala; al irse separando los topes, se va descubriendo la escala
y la distancia entre ellos es igual a la
medida descubierta en la escala más el número de centésimas indicado por la
división del tambor, que se encuentra en coincidencia con la línea de la
escala fija.
Veamos algunos ejemplos:
1.- Cuando el tope fijo toca el tope móvil,
la línea cero de la escala coincide con la línea cero del tambor graduado. La
lectura de medida es 0 mm.
