Métodos de medición

Medidas Electrónicas I
Clasificación de los métodos de medición
UNIDAD TEMATICA 3
CLASIFICACION DE LOS METODOS DE MEDICION
1. Introducción:
Se han ideado un gran número de diferentes métodos de medición que han resultado útiles. En ellos
se utiliza una amplia gama de técnicas y enfoques. En un caso determinado, para elegir entre todo este
grupo deben sopesarse todos los factores que intervienen, exactitud pedida, costo, tiempo, conveniencia
y disponibilidad de instrumentos.
Para constituir una base para un estudio completo se describen dos tipos de medidas, directas e indirectas. Los métodos de medida se clasifican en dos grandes categorías, métodos de deflexión y métodos
de cero. Cabe aclarar que dentro de los método de deflexión se encuentran los instrumentos con indicación digital. Aquí trataremos de subdividirlos a su vez en otros tipos básicos. Se describen varios métodos de deflexión de uso extendido, así como unos cuantos métodos especiales. Principalmente se presentan ejemplos de corriente continua y baja frecuencia. Sin embargo, se debe considerar que en las
medidas eléctricas de alta frecuencia se siguen métodos y conceptos similares.
2. Mediciones absoluta y relativa:
2.1 Medición absoluta: es aquella en la cual la cantidad a medir se compara directamente con los patrones fundamentales arbitrarios de masa, longitud, tiempo e intensidad de corriente. Son mediciones
de laboratorio que requieren personal sumamente especializado.
2.2 Medición relativa: son todas aquellas en la que la cantidad a medir se compara con patrones
secundarios.
Los factores que influyen para la elección de una medición relativa son:
a.
b.
c.
d.
e.
Exactitud requerida.
Disponibilidad de instrumental.
Costo.
Tiempo requerido para la medición.
Conveniencia.
3. Medidas directas e indirectas:
Las medidas directas son aquellas en que el resultado deseado se obtiene inmediatamente en la forma de datos primarios. Por ejemplo, si se trata de determinar la corriente de un circuito, puede medirse
directamente con un amperímetro. Las medidas indirectas son aquellas en que el resultado buscado es
obtenido por cálculo a partir de los datos primarios, como una operación separada, utilizando una fórmula o una ley física que relacione las cantidades medidas con la cantidad que se desea obtener. Por
ejemplo, si se quiere determinar la caída de tensión en una resistencia, se puede medir la resistencia y la
corriente que la atraviesa, calculándola mediante el producto de ambas cantidades medidas.
Normalmente las medidas directas son más convenientes y rápidas que las indirectas. En consecuencia se deben elegir siempre que cumplan con todos los requisitos exigidos por el problema de medida.
Como aclaración es preferible un vatímetro que da indicación directa de potencia, desde el punto de
vista de conveniencia, al cálculo de la potencia a base de medir el voltaje y la corriente. Sin embargo,
puede ocurrir que la exactitud posible con la medida directa sea menor que la que se puede conseguir
con la indirecta. Esto puede parecer extraño, ya que los distintos pasos necesarios para la medida indirecta van acumulando errores, pero puede quedar aclarado estudiando un poco más a fondo las medidas
directas.
La distinción entre medidas directas e indirectas es de gran importancia práctica, pero realmente hay
poca diferencia fundamental entre ambas. En muchos casos la medida directa se hace con un instrumento que responde a las mismas cantidades que habrían de ser medidas en el caso indirecto, pero que
hace el cálculo automáticamente. Por ejemplo, un voltímetro cuya escala ya tiene en cuenta el cálculo
del producto de la corriente y la resistencia; este voltímetro da una lectura de la caída de tensión, pero
es un amperímetro en serie con una resistencia conocida. De la misma manera se puede hacer un vatímetro cuya aguja presenta una deflexión que depende del producto de las corrientes que atraviesan dos
bobinas separadas. Si la corriente de una bobina es la de la carga, y la de la otra bobina es proporcional
a la tensión de la carga (se puede utilizar una resistencia conocida en serie), entonces se puede calibrar
la escala en vatios, pero en esencia este instrumento de lectura directa no mide directamente potencia.
En los métodos directos de este tipo la exactitud depende del instrumento al realizar el cálculo que
habría de hacerse por separado de haber utilizado el método indirecto. Teniendo en cuenta que el cálcuC-1
Medidas Electrónicas I
Clasificación de los métodos de medición
lo del instrumento, siempre contiene algún error, se verá claro por qué las medidas indirectas, que no
implican error en el cálculo, pueden ser susceptibles de mayor exactitud. Más aún, algunos instrumentos de lectura directa se han diseñado principalmente por conveniencia, y no pretenden tener una gran
exactitud.
Un interesante ejercicio mental es el de pasar revista a varias medidas directas y descubrir que cada
una de ellas supone un cálculo automático en el instrumento que, de otra forma, habría tenido que ser
realizado separadamente, de utilizar medidas indirectas. Este principio se puede aplicar en medidas tan
directas como la de longitud (con una regla), o intervalo de tiempo (con un cronómetro), aun cuando la
simplicidad del cálculo puede ser causa de que se pase por alto en estos casos.
4. Métodos de medida:
Se pueden realizar medidas directas e indirectas utilizando dos métodos generales:
•
•
Métodos de deflexión, en que la indicación de un instrumento da la base para determinar la cantidad.
Métodos de cero, en que la indicación nula o cero de un instrumento lleva a determinar la cantidad
a partir de otras condiciones conocidas.
Medidas directas
o indirectas
Métodos de
deflexión
Métodos de
cero
General
De comparación
De sustitución
Diferenciales
Otros métodos
especiales
Los métodos de deflexión que dan una lectura directa de la cantidad se basan en la calibración del
instrumento. La distinción principal entre los métodos de deflexión y de cero es que en el primero en el
instrumento se produce una deflexión, mientras que en el segundo la indicación es tan próxima a cero
como sea posible.
Normalmente los métodos de deflexión son instintivamente aceptables con una somera explicación,
mientras que algunos métodos de cero tienden a ser más complicados. Los métodos de cero a menudo
son capaces de dar mayor precisión que los de deflexión, y se prefieren en trabajos de gran exactitud.
Los métodos de deflexión están expuestos a errores de instrumental, especialmente cuando dependen
del calibrado de los aparatos. Los métodos de cero algunas veces necesitan de múltiples ajustes para
obtener una indicación de cero, mientras que los de deflexión pueden ser muy rápidos. Sin embargo,
hay algunos métodos de cero que son en la realidad más fáciles y rápidos de ejecutar que los de deflexión. Más aún, hay instrumentos de control automático, comercialmente asequibles, que mantienen
el cero continuamente bajo condiciones cambiantes, y que eliminan la necesidad de ajustes manuales.
Se tratará de clasificar los métodos de deflexión y de cero dentro de las subdivisiones que se indican
en la figura. La primera categoría general incluye una variedad de métodos que no encajan propiamente en ningún otro sitio. Los métodos de deflexión general serán los primeros en estudiarse. Los métodos
básicos de uso general incluyen el método de comparación, de sustitución y el diferencial. Hay muchos
otros métodos con nombres especiales.
C-2
Medidas Electrónicas I
Clasificación de los métodos de medición
Con frecuencia los métodos reciben el nombre de la persona asociada a su desarrollo. Esto es particularmente así, en los circuitos puente en que para describir el circuito se utilizan nombres tales como
Wheatstone, Kelvin, Schering, Campbell, Wien y muchos otros. Pero los métodos de puente son básicamente métodos de comparación. Las denominaciones personales, aunque merecidas, en ocasiones
crean confusión desde el punto de vista de los principios que en ellos se utilizan.
Por otra parte, hay métodos adicionales, que no aparecen específicamente en la figura, que merecen
una denominación especial basada en el principio utilizado. Por ejemplo, el método balístico en que un
impulso repentino mecánico o eléctrico produce un resultado mensurable. El método balístico se utiliza
para determinar el flujo magnético induciendo una fuerza electromotriz, f.e.m., de corta duración en el
circuito de un galvanómetro. La carga que fluye en el circuito es proporcional al cambio en las concatenaciones del flujo y puede determinarse por la deflexión del galvanómetro balístico.
Hay muchos métodos difíciles de clasificar a partir de sus denominaciones normales. Por ejemplo,
hay métodos de resonancia, heterodinos, de retroalimentación, de línea de transmisión, y muchos otros.
Un estudio cuidadoso de los principios en que se basan puede revelar que pertenecen con propiedad a
alguna de las categorías de la figura. También pueden representar una combinación de dos métodos
separados, como en el caso del método del puente de resonancia que será estudiado más adelante. La
realidad es que el campo de las medidas se ha desarrollado en tantas direcciones diferentes que es casi
imposible organizarlos dentro de grupos definidos. El entendimiento del método en sí es, por supuesto,
mucho más importante que decidir su clasificación. Sin embargo, esta clasificación puede ser útil para
organizar las ideas y resaltar la similitud que existe entre métodos del mismo tipo básico.
C-3