El estudio de los fenómenos físicos se realiza mediante una secuencia de pasos que parten de la simple observación, pasan por la descripción, lo más detallada posible, y llegan finalmente a establecer un modelo que genera, basada en un análisis mediante herramientas (generalmente la física y la matemática) los resultados que lo convalidan y permiten ser avalados por el comportamiento final del fenómeno en sí.
Una de las primeras preocupaciones de un investigador es ¿que se le debe pedir al modelo?, por que si se debe estudiar el modelo en lo primero que se piensa es en medirlo, pero ¿y que es medir? Precisamente este es el tema principal del curso. Cualquier curso que pretenda adelantar el análisis de un fenómeno físico debe, como mínimo establecer que va a medir y como va a hacerlo.
La Ingenierías Eléctrica y Electrónica se preocupan por todos los fenómenos físicos asociados con la carga y su movimiento, y para ello emplea dos modelos, la teoría electromagnética y la teoría de circuitos, estudios que se convierten en la base de todo lo que involucre la transformación de cualquier tipo de energía eléctrica y viceversa.
Es necesario que exista una recopilación de la información sobre medidas, medición e instrumentación, como bases metodológicas para la realización de trabajos científicos, es decir, aprender a investigar aplicando los conocimientos, técnicas y equipos con atención especial de las nuevas tecnologías
Tabla de Contenido
1. Antecedentes de metrología
1.1 Introducción Nacimiento de la Metrología
1.2 Institutos de metrología
1.3 Especificaciones técnicas relacionadas con las medidas
1.3.1 Normas británicas
1.3.2 International electrotechnical commision
1.3.3 Institute of electrical and electronics engineers
1.3.4 Deutsches Institut fûr Normung
1.3.5 En Colombia
1.4 Sistema internacional de unidades:
1.5 Límites de especificaciones en metrología
1.6 Requerimientos del sistema de calidad:
1.7 ¿POR QUÉ CALIBRAR?
1.8 ¿Quién debe realizar la calibración de mis instrumentos?
2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE MEDIDA
2.1 Tipos de Metrología:
2.2 Aspectos de la Metrología:
2.3 Error de medición:
2.3.1 Error de cero
2.3.2 Error de angularidad, spam, alcance o multiplicación
2.4 Patrones de medición:
2.5 Estándar – norma:
2.5.1 Características de una norma
2.5.2 Tipos de normas
2.6 Incertidumbre
3. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
3.1 Unidades básicas:
3.1.1 Magnitud: longitud
3.1.2 Magnitud: Masa
3.1.3 Magnitud: tiempo
3.1.4 Magnitud: Corriente eléctrica
3.1.5 Magnitud: Temperatura termodinámica
3.1.6 Magnitud: Cantidad de sustancia
3.1.7 Magnitud: Intensidad luminosa
3.2 Unidades suplementarias
3.2.1 Angulo Plano
3.2.2 Angulo sólido:
3.3 Unidades derivadas
3.4 Características de los sistemas de medida
3.5 Las características estáticas
3.6 Características dinámicas
3.7 Régimen transitorio y permanente
3.8 Impedancia de salida del sensor- impedancia y magnitud de la etapa preamplificadora
3.9 Acople de impedancias:
3.10 Servotransductores:
4. MEDIDORES ANALÓGICOS:
4.1 Medidor de bobina móvil:
4.1.1 Mecanismo de D'Arsonval.
4.2 Medidor de hierro móvil:
4.3 Medidor electrodinámico:
4.4 El osciloscopio:
4.4.1 ¿Cómo funciona un osciloscopio?
4.4.2 Osciloscopios analógicos
4.4.3 Osciloscopios digitales
4.4.4 Métodos de muestreo
4.4.5 Términos utilizados al medir con el Osciloscopio
4.5 Tipos de ondas:
4.5.1 Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes:
4.5.2 Medidas en las formas de onda
4.5.3 ¿Qué parámetros influyen en la calidad de un osciloscopio?
4.6 Sistemas de instrumentación:
5. SENSORES:
5.1 Sensor primario:
5.1.1 Sensores de flujo y caudal:
5.2 Materiales empleados en sensores:
5.3 Clasificación de los sensores:
5.4 Selección de un sensor:
5.5 Sensores generadores de señal:
5.5.1 Sensores piezoeléctricos:
5.5.2 Sensores piroeléctricos:
5.5.3 Sensores termoeléctricos – termopares:
5.5.3.1 Efecto Seebeck:
5.5.3.2 Efecto Peltier:
5.5.3.3 Efecto Thompson:
5.5.3.4 Leyes aplicables a los termopares:
6. ACONDICIONAMIENTO DE LAS SEÑALES:
6.1 Acondicionamiento de señales de sensores resistivos
6.2 Termistores NTC para aplicaciones en termometría:
6.3 Acondicionamiento de los termistores tipo PTC.
6.4 Puentes de WHEATSTONE
6.5 Acondicionamiento de Galgas Extensiométricas
6.6 Amplificador Operacional:
6.6.1 Algunos fabricantes relevantes de Amplificadores Operacionales:
6.6.2 Algunos tipos de AO clasificados por prestaciones:
6.7 FILTROS ACTIVOS
6.7.1 El Diagrama de Bode:
6.7.2 Clasificación de los filtros:
6.7.3 Convertidores de frecuencia a voltaje
6.7.4 Clases de fuentes
6.7.5 Conexión de señales y fuentes de señal para interfaces y adquisición de datos
Objetivos y Temas
Esta obra tiene como objetivo principal proporcionar una compilación integral de conceptos y metodologías fundamentales en Metrología e Instrumentación, permitiendo a estudiantes y profesionales aplicar estos conocimientos en el manejo adecuado de equipos e instrumentos, asegurando su trazabilidad y correcto funcionamiento mediante el análisis de fenómenos físicos y el uso de nuevas tecnologías.
- Fundamentos de metrología, normas internacionales y trazabilidad en mediciones.
- Análisis de incertidumbre y error en sistemas de medición.
- Principios operativos de sensores analógicos y digitales, incluyendo sus materiales y etapas de transducción.
- Técnicas de acondicionamiento de señales, amplificación y filtrado activo.
Extracto del Libro
Introducción Nacimiento de la Metrología
El estudio de los fenómenos físicos se realiza mediante una secuencia de pasos que parten de la simple observación, pasan por la descripción, lo más detallada posible, y llegan finalmente a establecer un modelo que genera, basada en un análisis mediante herramientas (generalmente la física y la matemática) los resultados que lo convalidan y permiten ser avalados por el comportamiento final del fenómeno en sí.
Antes de aparecer la escritura cuneiforme en la antigua Mesopotamia, se había concebido el sistema de medidas, fundamento de la metrología practicada hasta la edad media y ancestro del actual sistema métrico. Con el progreso de la agricultura y el comercio entre los pueblos, fue preciso definir magnitudes con la mayor exactitud y universalidad posible, y establecer procedimientos que permitieran medirlas de modo fiable.
Nuestros antepasados desarrollaron mecanismos para registrar longitudes, áreas, volúmenes y masas. Muchas medidas de la antigüedad se derivaron de la anatomía humana. Todavía usamos las palmas para medir distancias. En el mundo anglosajón, la yarda, la pulgada y el pie aún son medidas cotidianas.
Resumen de Capítulos
1. Antecedentes de metrología: Este capítulo explora el origen histórico de las mediciones y la evolución de los estándares internacionales hacia el Sistema Internacional de Unidades.
2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE MEDIDA: Define la terminología técnica esencial de la metrología, los tipos de errores en los sistemas de medición y los criterios de exactitud y precisión.
3. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES: Detalla las unidades básicas y derivadas del SI, así como las características estáticas y dinámicas fundamentales para la comprensión de los sensores.
4. MEDIDORES ANALÓGICOS: Analiza los instrumentos de medida que operan de forma continua, incluyendo medidores de bobina móvil y el osciloscopio.
5. SENSORES: Examina la clasificación de los sensores basados en la conversión de energía física a eléctrica, detallando tecnologías como sensores piezoeléctricos y termopares.
6. ACONDICIONAMIENTO DE LAS SEÑALES: Describe los circuitos necesarios para procesar las señales de los sensores, incluyendo amplificadores operacionales, puentes de Wheatstone y filtros activos.
Palabras Clave
Metrología, Instrumentación, Sensores, Calibración, Incertidumbre, Unidades Básicas, Transducción, Osciloscopio, Acondicionamiento de Señales, Amplificadores Operacionales, Filtros, Trazabilidad, Exactitud, Precisión, Señales.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es el enfoque central de esta obra?
El libro unifica conceptos fundamentales de Metrología e Instrumentación para que estudiantes y profesionales puedan aplicarlos correctamente en el manejo y control de equipos.
¿Qué temas principales aborda el contenido?
Cubre desde el origen histórico de la metrología y los estándares de unidades hasta el diseño de sistemas de acondicionamiento de señales y el uso de sensores en procesos industriales.
¿Cuál es el objetivo principal del texto?
Asegurar que los usuarios tengan la competencia técnica para realizar mediciones fiables y comprender la trazabilidad necesaria según normas como la ISO/IEC 17025.
¿Qué metodologías científicas se explican?
Se detalla el análisis de errores, el tratamiento estadístico de la incertidumbre y el modelado de la respuesta dinámica y estática de los sensores ante estímulos externos.
¿Qué se trata en el apartado de acondicionamiento de señales?
Se explican los circuitos necesarios para adaptar las salidas de diversos sensores, incluyendo el uso de amplificadores operacionales, puentes de Wheatstone y la implementación de filtros activos.
¿Qué palabras clave definen mejor este trabajo?
Términos esenciales incluyen Metrología, Trazabilidad, Incertidumbre, Sensores, Transducción, Amplificadores Operacionales y Filtros.
¿Por qué se destaca la importancia de la calibración?
Porque garantiza la repetibilidad, el intercambio seguro de instrumentos y el cumplimiento de las normas de calidad ISO, previniendo errores desastrosos en procesos de producción.
¿Qué diferencia existe entre un sensor y un actuador?
El sensor convierte una señal física del entorno a una magnitud eléctrica, mientras que el actuador realiza la conversión inversa para influir sobre el sistema físico.
- Arbeit zitieren
- Ruben Dario Cardenas Espinosa (Autor:in), 2009, Metrologia e Instrumentacion, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/163112
