Generalidades Sobre Mediciones

7/26/2019 Generalidades Sobre Mediciones

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UNIDAD 1

Generalidades Sobre Mediciones

1.1 Sistemas de unidades y patrones.1.2 Concepto de medida.1.3 Precisin y exactitud.1.4 Sensibilidad.1.5 Errores de medicin y su reduccin.1.6 Calibracin.1.7 ipos de corriente el!ctrica.

1." #ormas de onda.1.$ #recuencia% periodo% amplitud.1.1&'alor promedio1.11'alor e(ica) en la medicin de se*ales el!ctricas.

Mediciones elctricas


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+as mediciones elctricasson los m!todos% dispositi,os y c-lculos usados paramedir cantidades el!ctricas. +a medicin de cantidades el!ctricas puede acerseal medir par-metros el!ctricos de un sistema. /sando transductores% propiedades(0sicas como la temperatura% presin% (luo% (uer)a% y mucas otras puedencon,ertirse en se*ales el!ctricas% ue pueden ser con,enientemente reistradas y

medidas.

1.1 Sistemas de unidades y patrones.

Unidad de medida/na unidad de medida es una cantidad estandari)ada de una determinada manitud (0sica es decir de unapropiedad o cualidad medible de un sistema (0sico. Por lo eneral una unidad de medida toma su ,alor a partirde un patrn unidades b-sicas o (undamentales o de una composicin de otras unidades de(inidaspre,iamente unidades deri,adas.

Patrn de medida/n patrn de medicin es una representacin (0sica de una unidad de medicin. /na unidad se reali)a conre(erencia a un patrn (0sico arbitrario o un (enmeno natural ue incluye constantes (0sicas y atmicas. Poreemplo% la unidad (undamental de masa en el Sistema nternacional S es el iloramo. Por lo tanto un

patrn de medidas es el eco aislado y conocido ue sir,e como (undamento para crear una unidad demedir manitudes. 8s0 como existen unidades (undamentales y deri,adas de medicin tambi!n existendi(erentes tipos de patrones de medicin% los cuales se clasi(ican por su (uncin y aplicacin en las siuientescateor0as9

a) Patrones internacionalesEstos se de(inen por acuerdos internacionales. : presentan las siuientes caracter0sticas9;epresentan ciertas unidades de medida con la mayor exactitud ue permite la tecnolo0a de produccin ymedicin.Se e,al


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#rancia. Se establecen7 manitudes (undamentales% con los patrones para medirlas9 +onitud Aasa iempontensidad el!ctrica emperatura ntensidad luminosa Cantidad de sustancia ambi!n establece mucasmanitudes deri,adas% ue no necesitan de un patrn% por estar compuestas de manitudes (undamentales.

1.% +oncepto de medida.

/na medida es el resultadode la comparacinde una manitud con otra de la misma especie uese toma como unidad.

+os m!todos industriales de medidas se sir,en de aparatos y erramientas de tipo mec-nico%el!ctrico% ptico% etc.% alunos de los cuales% como la escuadra raduada o el micrmetro% poseen,alores ,ariables entre los ue se puede determinar el de la manitud.

Btros instrumentos poseen ,alores tipo o (ios y se utili)an% por eemplo% para trabaos de(abricacin en serie% e(ectu-ndose la comparacin por medio de calibres y alas.

En (0sica% re(iere al ,alor obtenido como resultado de una obser,acin. Para poder reali)ar unamedida es necesario tener un dato patrn% llamado unidad el resultado de la medicin ser- eln


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+a exactitud indica los resultados de la proximidad de la medicin con respecto al,alor ,erdadero% mientras ue la precisin con respecto a la repetibilidad oreproductibilidad de la medida.

En inenier0a% ciencia% industriay estad0stica% exactitudy precisinno soneui,alentes.

Precisin se re(iere a la dispersin del conunto de ,alores obtenidos demediciones repetidas de una manitud. Cuanto menor es la dispersin mayor laprecisin. /na medida comruido% u otro criterio especi(icado.

En una cur,a de calibrado% la sensibilidad ueda representada por la pendiente de

la misma.
https://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cienciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Industriahttps://es.wikipedia.org/wiki/Estad%C3%ADsticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Exactitudhttps://es.wikipedia.org/wiki/Precisi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Desviaci%C3%B3n_est%C3%A1ndarhttps://es.wikipedia.org/wiki/Sensor#Resoluci.C3.B3n_y_precisi.C3.B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Sesgo_estad%C3%ADsticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Curva_de_calibradohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cienciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Industriahttps://es.wikipedia.org/wiki/Estad%C3%ADsticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Exactitudhttps://es.wikipedia.org/wiki/Precisi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Desviaci%C3%B3n_est%C3%A1ndarhttps://es.wikipedia.org/wiki/Sensor#Resoluci.C3.B3n_y_precisi.C3.B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Sesgo_estad%C3%ADsticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Curva_de_calibrado


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n(ormacin comercial

+os (abricantes de sensores ue o(recen una salida de ,oltae eemplo9ala

extensiom!trica c!lula de cara suelen dar su ,alor en m'>' mili ,oltios por ,oltio ue

se de(ine como9

Eemplo9 /na c!lula de cara con una capacidad nominal 1?1&& toneladas con una

sensibilidad de 2m'>' con una alimentacin recomendada entre 5' y 2&'.

Si se alimenta a 1&'% su sensibilidad seria9

Con esto se sabe ue la c!lula soporta 2&m' para 1&& toneladas% por lo tanto se puedecalcular su resolucin% adicionalmente es posible controlar ue resolucin conseuir

,ariando la tensin de alimentacin.

1. rrores de medicin y su reduccin.
https://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9tricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9tricahttps://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_de_cargahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sensor#Caracter.C3.ADsticas_de_un_sensorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9tricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9tricahttps://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_de_cargahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sensor#Caracter.C3.ADsticas_de_un_sensor


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1./ +alibracin

+a calibracin es el proceso de comparar los ,alores obtenidos por un instrumento de medicinconla medida correspondiente de un patrn de re(erencia o est-ndar. Se


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seundo paso% usa esta in(ormacin para establecer una relacin para obtener un resultado de lamedida a partir de una indicacin=.1

Fe esta de(inicin se puede deducir ue para calibrar un instrumento o un est-ndar se necesitadisponer de uno de mayor precisinpatrn ue proporcione el ,alor con,encionalmente,eri(icable% el cual se utili)ar- para compararlo con la indicacin del instrumento ue est- siendo

sometido a la calibracin. Esto se reali)a mediante una cadena ininterrumpida y completamentedocumentada de comparaciones asta llear al patrn primario% ue constituye lo ue se conocecomo tra)abilidad.2El obeti,o de la calibracin es mantener y ,eri(icar el buen (uncionamiento delos euipos% responder los reuisitos establecidos en las normas de calidad y aranti)ar la(iabilidad y la tra)abilidad de las medidas. +os instrumentos de medida reuieren ser calibrados conm-s (recuencia cuanto m-s exactassean sus muestras% es decir% cuanto menor sean lastolerancias de error. En eneral% los inter,alos de calibracin dependen de (actores como losreuerimientos dados por un cliente o una reulacin y la estabilidad con el tiempo del instrumentoa calibrar.3

Proceso de calibracin

El proceso de calibracin se inicia con el dise*o del instrumento de medida ue a de ser

calibrado. El dise*o tiene ue ser capa) de =soportar la calibracin= a tra,!s de su inter,alo de

calibracin. Es decir% el dise*o tiene ue ser capa) de tomar medidas ue se encuentren dentro dela =tolerancia inenieril= cuando se utili)a en condiciones ambientales durante un periodo de tiempo

ra)onable. El mecanismo exacto para la asinacin de ,alores de tolerancia ,aria se


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una orani)acin tena planeado un proceso de calibracin concreto para ella. Por eemplo% si una

empresa dispone de ,arias m-uinas iuales% las m-uinas m-s ,ieas se emplear-n para los

trabaos menos su(ridos y% por lo tanto% necesitar-n de una calibracin limitada. +as m-uinas ue

se emplean a menudo y de las cuales depende el proceso de produccin% en cambio% se abr-n de

calibrar de (orma m-s abitual y con unas tolerancias bastante austadas. Por otra parte% cada

m-uina se abr- de calibrar solo en relacin a la operacin>(aena ue desarrolle. Esto se re(iere a

ue aunue la m-uina realmente pueda reali)ar mucos m-s trabaos de las ue realmente aceen el proceso de produccin% solo se a de calibrar la (aena ue realmente aa de (orma acti,a. El

resto de los procesos de calibracin resultar- innecesario.

Este proceso de escoer y dise*ar el proceso de calibracin se a de reali)ar para todos los

instrumentos b-sicos ue est!n presentes en la orani)acin.

1.& #ipos de corriente

0a corriente elctrica es el flujo de electrones o cargas dentro de un circuito elctrico

cerrado.Esta corriente siempre ,iaa desde el polo neati,o al positi,o de la (uente suministradora

de #EA% ue es la (uer)a electromotri). Existen dos tipos de corriente9 la continua y la alterna.


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+orriente continua (+.+.) a esta tambi!n se la conoce como corriente directa (+.2.) y su

caracter0stica principal es ue los electrones o caras siempre (luyen% dentro de un circuito el!ctrico

cerrado% en el mismo sentido. +os electrones se trasladan del polo neati,o al positi,o de la (uente

de #EA. 8lunas de estas (uentes ue suministran corriente directa son por eemplo las pilas%

utili)adas para el (uncionamiento de arte(actos electrnicos. Btro caso ser0a el de las bater3as

usadas en los transportes motori)ados. +o ue se debe tener en cuenta es ue las pilas% bater0as u

otros dispositi,os son los ue crean las caras el!ctricas% sino ue estas est-n presentes en todoslos elementos presentes en la naturale)a. +o ue acen estos dispositi,os es poner en mo,imiento

a las caras para ue se inicie el (luo de corriente el!ctrica a partir de la (uer)a electroman!tica.

Esta (uer)a es la ue mo,ili)a a los electrones contenidos en los cables de un circuito el!ctrico. +os

metales son los ue permiten el meor (luo de caras% es por esto ue se los denomina

conductores.

+orriente alterna (+..) a di(erencia de la corriente anterior% en esta existen cambios de polaridad

ya ue esta no se mantiene (ia a lo laro de los ciclos de tiempo. +os polos neati,os y positi,os

de esta corriente se in,ierten a cada instante% se


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+as manitudes (undamentales ue se ,an a calcular en un circuito son tensiones y corrientes. Estas

manitudes son pro,ocadas por los elementos acti,os existentes en el circuito y su ,alor depender- de la

(uncin ue sia la tensin en las (uentes de tensin o la intensidad en las (uentes de intensidad% adem-s

del resto de elementos pasi,os ue constituyan el circuito. 8 estas manitudes le llamaremos se*ales% as0

tendremos se*ales de tensin y se*ales de corriente. Estas se*ales ue pueden tomarse directamente de las

(uentes% o de cualuier punto del circuito estar-n constituidas por ,alores de tensin o de corriente ue

,ariar-n con el tiempo% cuya representacin dar- luar a una cur,a ue obedecer- a una (uncin m-s o

menos complea. 8 la (orma de esa cur,a es a lo ue llamaremos (orma de onda de la se*al.

+as (ormas de onda ue se pueden presentar en un circuito pueden ser in(initas% pero las podemos arupar en

tres randes rupos% en los ue podremos distinuir las particularidades ue aparecen en los circuitos en

(uncin del tipo de (orma de onda ue presenten los eneradores del circuito. K Se*ales con (orma de onda

constante +as (uentes ue presentan una se*al constante en el tiempo% reciben el nombre de (uentes de

continua. 8s0 mismo a los circuitos ue solo tenan (uentes de continua% les llamaremos circuitos de continua%

en los ue todas las corrientes y tensiones ser-n constantes en el tiempo. En este tipo de circuitos solo

tendremos resistencias como elementos pasi,os. K Se*ales con (orma de onda peridica 8 las se*ales ue no

son constantes les llamaremos se*ales ,ariables en el tiempo% las cuales tendr-n su correspondiente (orma

de onda. Fe las cuales destacaremos en primer luar las ue cumple la condicin de ser peridicas% es decir%

ay un inter,alo de tiempo y por tanto una porcin de la onda ue se repite continuamente.

/na caracter0stica de las se*ales peridicas9 Es el concepto de alternancia% de modo ue diremos ue una

se*al o (uncin es alterna cuando su (orma de onda ,a tomando ,alores positi,os y neati,os alternadamente.Por eemplo% las se*ales a% b% c% % i% y m de la (i. 1.5. Fe las se*ales peridicas% mencin especial tienen las

ue responden a la (uncin seno o coseno. +as (uentes ue proporcionan esta (orma de onda reciben el

nombre de (uentes de alterna o eneradores de alterna% llamados tambi!n alternadores. Esta se*al es la ue

proporciona la m-uina el!ctrica eneradora b-sica y su (orma se debe al ser enerada por un elemento

rotati,o de la m-uina% ue estudiaremos en el siuiente tema. En los centros de produccin de ener0a

el!ctrica se utili)a este sistema% por lo ue la (orma de onda de la tensin en los sistemas de suministro%

transporte y consumo es peridica% alterna y senoidal. Este tipo de se*ales son la a y la m de la (i. 1.5%

aunue de distinta (recuencia. 8 los circuitos ue solo tenan (uentes de alterna% les llamaremos circuitos de

alterna% en los ue todas las corrientes y tensiones ser-n de este tipo. Febido a la importancia de este tipo de

circuitos% ser- con estos con los ue estudiaremos todos los m!todos de an-lisis. En los circuitos en los ue

exista una (uente con (orma de onda peridica pero no senoidal% aplicaremos un m!todo de an-lisis en el ue

la (uncin peridica se puede descomponer en se*ales senoidales superpuestas% aplicando a cada una de

ellas los m!todos estudiados. Iay un tema dedicado a este tipo de se*ales. K Se*ales con (orma de onda no

peridica +as (uentes ue presentan una se*al ,ariable pero no peridica% corresponden a (ormas de ondacompleas% de las ue se pueden distinuir (ormas simples% como cambios de la se*al en un tiempo bre,e.

Estos cambios bre,es pro,ocaran

Se*al o (uncin peridica.? Es auella cuya (orma de onda ,a tomando ,alores ue se repiten en el tiempo

cada cierto inter,alo llamado periodo . nt(t(t( LMLM n M n


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4recuencia (f).

El tercer par-metro% uno de los m-s (undamentales en 8c1&& s% entonces la (recuencia ser-% aplicando la

primera relacin% 1&& I). Si% en cambio conocemos ue la (recuencia es de 1.&&&

I)% aplicando la seunda relacin se llea a ue el periodo es de &%&&1 s% es decir

1 ms.

Periodo.


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/n seundo par-metro es el periodo% % ue se de(ine como el tiempo transcurrido

entre una perturbacin y la siuiente. Se mide en seundos s o miliseundos

ms% es decir la mil!sima parte de un seundo. El periodo de los sonidos audibles

para el ser umano ,ar0a entre los &%&5 ms sonidos muy audos y los 5& ms

sonidos muy ra,es. Cabe destacar ue son tiempos muy cortos ue impiden en

eneral ue los ciclos puedan percibirse como (enmenos separados. El cerebro

tiende a interarlos en una


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El oscilorama nos permite interpretar (-cilmente un par-metro del sonido

,inculado a la (uer)a o intensidad del mismo9 la amplitud. +a amplitud se de(ine

como el m-ximo ,alor ue alcan)a una oscilacin en un ciclo. +a amplitud se

denomina tambi!n ,alor de pico o ,alor pico. En el ra(ico % ,emos la misma (orma

de onda con dos amplitudes di(erentes.

7rafico. Fos ondas con iual (recuencia y (orma de onda% pero con di(erenteamplitud. a Peue*a amplitud. b ran amplitud.

1.1$ 8alor promedio


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'alor promedio

El ,alor promedio de un ciclo completo de ,oltae o corriente es cero &. Si se toma en

cuenta solo un semiciclo suponamos el positi,o el ,alor promedio es9 'P;M 'PCBx

&.636 . +a relacin ue existe entre los ,alores ;AS y promedio es9 ';ASM 'P;x 1.11 'P;

M ';ASx &.$

Eemplo9 'alor promedio de sinusoide M 5& 'oltios% entonces9

';ASM 5& x 1.11 M 55.5 'oltios

'PCBM 5& x 1.57 'oltios M 7".5 'oltios

;esumiendo Dotas9

El ,alor pico?pico es 2 x 'alor pico

'alor ;AS M 'alor e(ica) M 'alor e(ecti,o

'alor ;AS

+a corriente alternay los,oltaescuando son alternos se expresan de (orma com


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1.11 8alor efica9 en la medicin de se:ales elctricas.

Se llama ,alor e(ica) de una corriente alterna% al ,alor ue tendr0a una corrientecontinua ue produera la misma potencia ue dica corriente alterna% al aplicarla

sobre una misma resistencia. Es decir% se conoce el ,alor m-ximo de una corrientealterna &. Se aplica !sta sobre una cierta resistencia y se mide la potenciaproducida sobre ella. 8 continuacin% se busca un ,alor de corriente continua ueprodu)ca la misma potencia sobre esa misma resistencia. 8 este


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7losario

#est9 sinnimo de prueba o examen.

Patrn Especi(icacin de un m!todo de test% lo ue proporciona el m!todo decomparacin por lo ue se calibra el instrumento.

Patrones de trabajoutili)ados d0a a d0a utili)ados para comprobar y calibrar losinstrumentos o para reali)ar comparaciones de medidas.

Patrones primarios /nidades b-sicas (undamentales de los patronesmantenidas por los laboratorios nacionales de est-ndares de los pa0ses.

Patrones secundarios8uellos patrones de re(erencia ue son ,eri(icados ycalibrados peridicamente (rente a los patrones primarios de los laboratorios

nacionales.

Sistema *nternacional de Unidades (orma actual del sistema m!trico decimal y

establece las unidades ue deben ser utili)adas internacionalmente.

Medidaes el resultadode la comparacinde una manitud con otra de la misma

especie ue se toma como unidad.

Medidas analgicas cantidad ue est- siendo medida se controla continuamente

Medidas comparadascantidad ue est- siendo medida se compara con unos

est-ndares y su ,alor se da cuando se a tenido la iualacin.

Medidas digitales Con los instrumentos diitales la cantidad ue est- siendo

medida se muestrea a inter,alos reulares de tiempo.

Precisin Aedida de la dispersin de los resultados obtenidos desde medidas

como un resultado de errores aleatorios.

rror El error de una medida es la di(erencia entre el resultado de la medida y el

,alor real de la cantidad ue se uiere medir.
http://sobreconceptos.com/resultadohttp://sobreconceptos.com/comparacionhttp://sobreconceptos.com/resultadohttp://sobreconceptos.com/comparacion


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+uestionario

1.; /n conunto de unidades de medida en elue ninuna manitud tena m-s de una unidad asociada.%.; /n patrn de medicin es una representacin (0sica de

una unidad de medicin.'.; /na medida es el resultadode la comparacinde una

manitud con otra de la misma especie ue se toma como unidad.

-.; Cantidad ue est- siendo medida se

controla continuamente y el instrumento utili)ado da una respuesta analica a la

cantidad.

.; Cantidad ue est- siendo medida se muestrea

a inter,alos reulares de tiempo

/.; Precisin es el rado de concordancia dentro de un rupo

de mediciones o instrumentos.

&.; Se re(iere al rado de aproximacin o con(ormidad al

,alor real de la cantidad medida.

?.; Es una medida del cambio en la salida del instrumento

ue ocurre cuando la calidad medida ,ar0a en una cantidad determinada.

5.; /tili)ando un

instrumento inteliente el cual incluye todos los elementos usuales de un sistema

de medicin.

1$.; Es el proceso de determinar la relacin entre el ,alor

de la cantidad ue se uiere medir y la correspondiente posicin del 0ndice del

instrumento

11.; +a corriente el!ctrica es el (luo de cara

el!ctrica por unidad de tiempo ue recorre un material.1%.;

V Bndas senoidalesV Bndas cuadradas y rectanularesV Bndas trianulares y en diente de sierra.V Pulsos y (lancos o escalones.1'.; Es el tiempo transcurrido entre dos puntos eui,alentes

de la onda.
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@ibliograf3a

Mediciones lctricas *ndustriales% Enr0ue) Iarper% ed. +A/S8% 1$$4% 1ra

edicin

*ntroduccin a las Mediciones lctricas% ;odr0ue) Pedro% Wiblioteca

Electrnica.

*nstrumentos y Mediciones lctricas% Aarcelo 8ntonio Sobre,ila% ed. 8lsina%

2&13% 1ra edicin.

Mediciones y Pruebas lctricas y lectrnicas% U. Wolton% ed. A8;CBAWB%

1$$5.

Mediciones y Presupuestos% #ernando 'alderrama% ed. ;E'E;E.

*nstrumentos lctricos% Enr0ue) Iarper% ed. +A/S8% 1$$4% 1ra edicin.

Mediciones y pruebas elctricas y electrnicas6 U. Wolton% ed. 8l(aomea.

Principios de mediciones e instrumentacin% 8lan S. Aorris. Ed. Pearson

educacin.

*nstrumentacin electrnica6Enriue Aandado% Per(ecto Aari*o. Ed.

8l(aomea.

4undamentos de Metrolog3a elctrica.8ndres A. Xarc) omo % Ed.Woixarereu.

*nstrumentacin electrnica moderna y tcnicas de medicin% Cooper Uilliam

Fa,id% Iel(ric 8lbert. Ed. Prentice may.

Metrolog3a% Carlos on)ale) on)ale)% ;amn Yeleny 'a)ue). Ed. Ac ra@

Iill% seunda edicin.

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