MEDICIONES
ELÉCTRICAS
PROCESO DE MEDICIÓN
Con
el fin de lograr una mejor comprensión de la medición algunos conceptos como:
beneficios de la medición. Qué que es medir, por qué medir, donde
realizar mediciones, cuando y que debemos medir, quien debe hacer la medición, las
mediciones y la gerencia, las mediciones y el mejoramiento.
QUE ES MEDIR?
Definición 1. Una
medición es un acto para determinar la magnitud de un objeto en cuanto a
cantidad.
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.
Definición
3. Una medición es una comparación de la cantidad desconocida
con la unidad estándar.
El aparato o instrumento de medición indica la
magnitud de la cantidad medida por medio de algún sistema indicador. Para ello
es necesaria su calibración, que consiste en obtener la relación funcional
entre la magnitud medida y la indicación, mediante la comparación directa o
indirecta con una referencia o patrón que engloba, posee o genera una magnitud
fija o reproducible de la cantidad física que se toma como la unidad o bien,
algún múltiplo o fracción de la unidad. Cualquier cantidad medida puede
expresarse entonces como un número (que es la razón de estas magnitudes) y el
nombre de la unidad.
Al medir obtenemos una respuesta aproximada de
la magnitud de interés y las mediciones no son nunca números ''exactos''.
Tenemos que conformarnos con valores medidos que toman la forma de intervalos,
dentro de los cuales tenemos confianza de que se encuentra el valor deseado. El
acto de medir implica que determinemos la ubicación y la extensión de ese
intervalo, lo cual requiere que cada vez que midamos apliquemos el uso
cuidadoso del juicio y de la apreciación visual.
Los extremos del intervalo pueden ser encontrados por separado uno del otro. Si m representa el valor de la cantidad medida, se define o identifica el intervalo (m1, m2) en la escala del instrumento para el cual podemos afirmar, con una seguridad que en general, es relativa, que: m < m2 y m > m1, de manera que m1 < m < m2.
Los extremos del intervalo pueden ser encontrados por separado uno del otro. Si m representa el valor de la cantidad medida, se define o identifica el intervalo (m1, m2) en la escala del instrumento para el cual podemos afirmar, con una seguridad que en general, es relativa, que: m < m2 y m > m1, de manera que m1 < m < m2.
Si la mínima división de la escala del instrumento
es de tamaño apreciable y la respuesta del instrumento no fluctúa, es decir, no
oscila (indebidamente) para una entrada constante, es posible que se pueda
medir una magnitud bien definida y constante, con cierto optimismo y una buena
agudeza visual, leyendo en la escala del instrumento y estimando una cierta
fracción dentro de la mínima división, procedimiento que recibe el nombre de
interpolación. También al interpolar, es necesario estimar el tamaño del
intervalo de confianza, con un criterio que sea compatible con la capacidad de
interpolación que nos reconocemos.
El resultado de toda medición debe
especificarse como un intervalo
No hay una regla universalmente válida para determinar el tamaño del intervalo. Podemos identificar algunos factores que influyen en su extensión: 1) 2) Tipo de medición; Resolución de la escala, que determina el valor de la mínima división y la manera en que se hace su lectura (corte o redondeo); 3) 4) 5) Condiciones físicas y de iluminación de la escala; Agudeza visual del observador; Error de paralaje causado por una separación apreciable entre la escala y el objeto que se mide, y que hace que su posición relativa varíe con cambios en la posición del ojo y la dirección desde la que observamos.
Medición directa
La medida o medición diremos que es directa, cuando
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 estadística
Son
aquellas que al efectuar una serie de comparaciones entre la misma variable y
el aparato de medida empleado, se obtienen distintos resultados cada vez.
Ejemplo: Determinar el número de personas que leen este artículo diariamente.
Aunque se
obtienen resultados diferentes cada día, se puede obtener un valor medio
mensual o anual.
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: Se desea medir la altura 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.
TIPOS DE ERRORES
El origen
de los errores de medición es muy diverso, pero pueden distinguirse los
siguientes tipos. Respecto a la ocurrencia de dichos errores se tiene:
·
Error sistemático
·
Error aleatorio
Respecto
a la cuantificación de los errores se tiene:
·
Error absoluto
·
Error relativo
Errores sistemáticos
Los errores
sistemáticos son
aquellos errores que se repiten de manera conocida en varias realizaciones de una medida.
Esta característica de este tipo de error permite corregirlos posteriormente. Un ejemplo de error sistemático es el error del cero, en una báscula,
que a pesar de estar en vacío, señala una masa no nula.
Los errores sistemáticos pueden ser de cuatro tipos: 1.
Instrumentales. Por ejemplo, un instrumento mal calibrado como un termómetro
que lee 102 °C cuando está sumergido en agua hirviendo y 2 °C cuando está
sumergido en agua helada a presión atmosférica. Tal termómetro producirá
mediciones que son consistentemente demasiado altas.
2. De observación. Por
ejemplo, de paralaje en la lectura de una escala métrica.
3. Del medio
ambiente. Por ejemplo, una baja de tensión eléctrica que causa corrientes
medidas que son consistentemente muy bajas.
4. Teóricas. Debidas a
simplificaciones del sistema modelo o aproximaciones en las ecuaciones que lo
describen. Por ejemplo, si una fuerza de fricción está actuando durante el
experimento pero no está incluida en la teoría, los resultados estarán en
desacuerdo consistentemente.
En principio un experimentador desea identificar y corregir
estas incertidumbres sistemáticas.
Errores de
calibración de instrumentos En general, la calibración de un instrumento no
puede ser perfecta, a causa de la
incertidumbre en la constancia y reproducibilidad del patrón con el cual se
calibra y posibles cambios en la respuesta del instrumento después de su última
calibración. Cuando los errores sistemáticos provienen de la mala calibración
del instrumento de medición, se pueden detectar calibrándolo al compararlo con
un patrón previamente establecido.
Errores aleatorios
Los errores aleatorios se producen de modo no regular, sin un patrón
predefinido, variando en magnitud y sentido de forma aleatoria, son difíciles
de prever, y dan lugar a la falta de calidad de la medición. Si bien no es
posible corregir estos errores en los valores obtenidos, frecuentemente es
posible establecer su distribución de probabilidad, que muchas veces es una distribución normal, y estimar el efecto
probable del mismo, esto permite establecer el margen de error debido a
errores no sistemáticos.
Tienen que ver con fluctuaciones positivas y negativas en las medidas, ocasionadas por la combinación de efectos: del instrumento, quien mide y de las condiciones en las que se realiza el experimento. Las fuentes de los errores aleatorios no siempre pueden ser identificadas. Para estimar estos errores repetimos varias veces las mediciones y así podremos obtener una medida de la repetitividad, es decir, la dispersión o cercanía entre los valores medidos en tiempos diferentes. La distinción entre errores aleatorios y
Error absoluto
·
El error absoluto de una medida es la diferencia entre el valor de
la medida y el valor real de una magnitud (valor tomado como exacto).
Error relativo
·
Es la relación que existe entre el error absoluto y la magnitud
medida, es adimensional, y suele expresarse en porcentaje.
INSTRUMENTOS 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 conversión.
CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Las características màs 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 que es perceptible
en un instrumento de medida.
·
Sensibilidad: es la relación de desplazamiento entre el
indicador de la medida y la medida real.
PATRONES
DE MEDIDAS
Un patrón de medida, es un hecho dado para crear una nueva unidad de medida; Por lo general solo las unidades básicas poseen patrones básicos de medidas, ya que el resto son derivadas de los patrones básicos.
En la ingeniería electrónica se trabaja con diversas unidades, algunas unidades son básicas y la gran mayoría son derivadas, como por ejemplo la tensión, resistencia, potencia, entre otras.
Las unidades trabajadas se presentan a continuación
* Intensidad de corriente eléctrica dada en Amperios
* Carga eléctrica dada en coulomb
* Voltaje dado en Voltios
* Resistencia dado en Ohmios
* Potencia dada en Watts
* Capacitancia dada en Faradios
* Inductancia dada en Henrios (H)
Cada una de estas unidades básicas posee un patrón de medida diferente; A continuación se mostrara los diferentes patrones para las diferentes medidas.
UNIDADES BÁSICAS EN ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
PATRÓN DE INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA (A)
La intensidad de corriente eléctrica está definida como una unidad básica de medida, su unidad de medida según el Sistema Internacional de Unidades, está dado por el Amperio (A), el cual se define como la intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud.
Un patrón de medida, es un hecho dado para crear una nueva unidad de medida; Por lo general solo las unidades básicas poseen patrones básicos de medidas, ya que el resto son derivadas de los patrones básicos.
En la ingeniería electrónica se trabaja con diversas unidades, algunas unidades son básicas y la gran mayoría son derivadas, como por ejemplo la tensión, resistencia, potencia, entre otras.
Las unidades trabajadas se presentan a continuación
* Intensidad de corriente eléctrica dada en Amperios
* Carga eléctrica dada en coulomb
* Voltaje dado en Voltios
* Resistencia dado en Ohmios
* Potencia dada en Watts
* Capacitancia dada en Faradios
* Inductancia dada en Henrios (H)
Cada una de estas unidades básicas posee un patrón de medida diferente; A continuación se mostrara los diferentes patrones para las diferentes medidas.
UNIDADES BÁSICAS EN ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
PATRÓN DE INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA (A)
La intensidad de corriente eléctrica está definida como una unidad básica de medida, su unidad de medida según el Sistema Internacional de Unidades, está dado por el Amperio (A), el cual se define como la intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud.
PATRÓN DE
CARGA ELÉCTRICA ( Q )
La carga eléctrica es una característica de algunas partículas que se manifiesta mediante atracciones o repulsiones las cuales determinan la interacción electromagnética entre ellas.
La unidad de la carga eléctrica, según el Sistema Internacional de Unidades, está dada por el Coulomb, el cual está definido como la cantidad de carga transportada en un segundo por una corriente de un amperio de intensidad de corriente eléctrica.
La carga eléctrica es una característica de algunas partículas que se manifiesta mediante atracciones o repulsiones las cuales determinan la interacción electromagnética entre ellas.
La unidad de la carga eléctrica, según el Sistema Internacional de Unidades, está dada por el Coulomb, el cual está definido como la cantidad de carga transportada en un segundo por una corriente de un amperio de intensidad de corriente eléctrica.
PATRÓN DE
VOLTAJE ( V )
El voltaje se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro.
La unidad de medida del voltaje, según el Sistema Internacional de Unidades está dada por el voltio (V), el cual se define como la diferencia de potencial existente entre dos puntos tales que toca realizar el trabajo de 1 Joule para llevar de un punto al otro una carga de 1 Coulomb.
PATRÓN DE RESISTENCIA
El voltaje se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro.
La unidad de medida del voltaje, según el Sistema Internacional de Unidades está dada por el voltio (V), el cual se define como la diferencia de potencial existente entre dos puntos tales que toca realizar el trabajo de 1 Joule para llevar de un punto al otro una carga de 1 Coulomb.
PATRÓN DE RESISTENCIA
La
resistencia se define como la oposición que presenta un cuerpo al paso de una
corriente eléctrica al tratar de circular por un conductor.
La unidad de resistencia
eléctrica en el sistema internacional es el Ohmio (ohm) y es la resistencia
eléctrica que presenta un conductor entre dos puntos cuando al ser recorrido
por una corriente eléctrica constante de intensidad 1 amperio se produce entre
dichos puntos una diferencia de potencial de 1 voltio, en ausencia de fuerzas
electromotrices en el conductor y entre los dos puntos citados.
PATRÓN DE POTENCIA (W)
La potencia se define como la rapidez a la cual se realiza un trabajo, según la expresión matemática:
Potencia=w. t
La unidad de medida de la potencia es el watt o vatio (W), el cual se ha definido, según el Sistema Internacional de Unidades, como la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 V, y una corriente eléctrica de 1 A.
La potencia se define como la rapidez a la cual se realiza un trabajo, según la expresión matemática:
Potencia=w. t
La unidad de medida de la potencia es el watt o vatio (W), el cual se ha definido, según el Sistema Internacional de Unidades, como la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 V, y una corriente eléctrica de 1 A.
PATRÓN DE CAPACITANCIA ELÉCTRICA (F)
La capacitancia eléctrica es una propiedad de los condensadores; La unidad de medida de la capacitancia eléctrica es el Faradio (F), el cual se ha definido, según el Sistema Internacional de Unidades, como la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial de 1 voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.
Su representación analítica está dada por la expresión:
F=CV
La capacitancia eléctrica es una propiedad de los condensadores; La unidad de medida de la capacitancia eléctrica es el Faradio (F), el cual se ha definido, según el Sistema Internacional de Unidades, como la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial de 1 voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.
Su representación analítica está dada por la expresión:
F=CV
PATRON DE INDUCTANCIA (H)
Se denomina inductancia a la relación existente entre el flujo magnético y la intensidad de corriente eléctrica.
La unidad de medida de la inductancia es el Henrio (H), el cual se ha definido, según el Sistema Internacional de Unidades, un circuito cerrado en el que se produce una fuerza electromotriz de 1 voltio, cuando la corriente eléctrica que recorre el circuito varía uniformemente a razón de un amperio por segundo.
Se denomina inductancia a la relación existente entre el flujo magnético y la intensidad de corriente eléctrica.
La unidad de medida de la inductancia es el Henrio (H), el cual se ha definido, según el Sistema Internacional de Unidades, un circuito cerrado en el que se produce una fuerza electromotriz de 1 voltio, cuando la corriente eléctrica que recorre el circuito varía uniformemente a razón de un amperio por segundo.
