determinación de magnitudes. instrumentos de medida

¿Recuerdas qué es…?
• ¿Sabías qué la ciencia que se
encarga del estudio de las
dimensiones de las piezas se
denomina metrología?
• ¿Has oído hablar alguna vez del
polímetro? ¿Para qué se utiliza?
• ¿Sabías que algunos
instrumentos de medida
son capaces de medir las
dimensiones de un objeto sin ni
tan siquiera tocarlo?
DETERMINACIÓN
DE MAGNITUDES.
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
En la actualidad, los controles de medidas de
todo tipo, magnitudes eléctricas, mecánicas,
etc., incluso el control del acabado y estado
superficial de los materiales, durante todo
el proceso de producción son cada vez más
rigurosos.
Para realizar esta tarea se utilizan diversos
instrumentos de medida. Así, la misión de
los aparatos de medida eléctricos consiste
en determinar el valor de una magnitud
eléctrica específica, si bien muchos de ellos,
como el polímetro, son capaces de medir
varias magnitudes.
De igual forma, los calibres o pie de rey,
son instrumentos de medida con los que es
posible determinar, con precisión media,
las dimensiones exteriores, interiores o
profundidades de todo tipo de objetos.
Los contenidos de esta Unidad son:
1. Instrumentos de medida.
2. El polímetro.
3. El calibre pie de rey.
4. El micrómetro.
5
5
1
2
Recuerda
Medir consiste en expresar una
dimensión en función de una
magnitud o unidad de medida
sobre la que se efectúa la
comparación.
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
En esta Unidad aprenderemos a manejar con soltura tres de los instrumentos
de medida de precisión más utilizados en el aula-taller: el polímetro, el
micrómetro y el calibre de pie de rey. El polímetro lo utilizaremos para
conocer el valor de las magnitudes eléctricas de un circuito, mientras que
el calibre de pie de rey y el micrómetro los emplearemos para obtener
medidas lineales de precisión.
EL POLÍMETRO
Si bien en los circuitos eléctricos suelen instalarse aparatos especializados
en medir una determinada magnitud, otros, generalmente portátiles, son
polivalentes, como es el caso del polímetro.
El polímetro, texter o multímetro es el aparato de medida más conocido
y utilizado en electricidad, ya que con él se puede medir el voltaje, la
intensidad, la resistencia y otras magnitudes. Sirve tanto para corriente
continua como para corriente alterna y pueden ser analógicos, cuya lectura
se efectúa a través de una aguja, o digitales, en cuyo caso presenta el valor
de la magnitud medida a través de una pantalla (véase la Figura 5.1).
Los polímetros digitales son más precisos y fáciles de manejar, son los más
utilizados, y serán los que nosotros emplearemos en nuestras prácticas.
V1
Fig. 5.2
Fig. 5.1
Polímetro. Las puntas de
prueba utilizadas en los
polímetros van provistas
de cables y clavijas de color
negro y rojo. En ocasiones,
para facilitar la medición,
se acoplan unas pinzas
denominadas «cocodrilo».
Polímetros analógico y digital.
A
Punta de
Pinza
cocodrilo
prueba
REGLAS DE UTILIZACIÓN
Existen unas reglas comunes básicas para utilizar tanto los polímetros analógicos como los digitales. Es imprescindible que atiendas a los siguientes puntos:
1. Conocer el tipo de magnitud que deseas medir (V, I, R, etcétera).
2. Saber qué clase de corriente quieres medir (alterna o continua). En el caso
de la corriente continua (c.c.), hay que seleccionar la polaridad.
3. Elegir la escala. Si ignoras el valor aproximado que puedes obtener, hay que
empezar siempre por el valor más alto para evitar sobrecargas que puedan
dañar el aparato de medida.
4. Situar correctamente el polímetro en el circuito de medida.
5. Interpretar correctamente la escala o la unidad seleccionada.
64
B
POLÍMETRO DIGITAL
Para medir con un polímetro digital, se inserta la clavija en la hembrilla
correspondiente, se selecciona el campo de medida con la rueda selectora y
se procede a la conexión de las puntas de prueba en el circuito. El visualizador
de cristal líquido o display muestra el valor y la unidad medida.
Actuar sobre el interruptor
encendido-apagado (1)
Visualizador de
cristal líquido
Cuidado, para medir intensidades
de valores altos, posicionar
clavija en hembrilla 3.
Para valores bajos posicionar en 4
Interruptor de
encendido-apagado (1)
Posicionar rueda selectora (2) según tipo de
corriente y magnitud a medir (V, R, A)
seleccionando el valor máximo
Seleccionar
Rueda selectora (2)
Tipo de corriente
y magnitud
Hembrilla para conexión
de puntos de prueba
3
4
Punta de prueba
Posicionar rueda
selectora
seleccionando
el valor máximo
Com
{
Continua
–
Alterna
~
Tensión
~
Resistencia Ω
Intensidad
~
Selecc. rango Ω
Intensidad
–
Tensión
–
Conectar en
paralelo
Aplicar puntas de
prueba al
elemento a medir
(sin tensión)
Conectar en
serie
Leer directamente el valor y unidad en el visualizador de cristal líquido
Fig. 5.3
Procedimiento para medir con un polímetro digital.
Cuando desconozcas el valor de la magnitud que desees medir, selecciona
siempre el polímetro para que realice la lectura máxima, con lo que evitarás
que se deteriore. Si la escala resultase desproporcionada, puedes ir pasando
a escalas inferiores hasta que consigas el rango de lectura apropiado. En las
siguientes figuras se muestra el modo de conectar el polímetro para medir
tensiones, intensidades y resistencias.
Resistencia Ο Sin tensión
V1
Voltaje ΟEn paralelo
Para medir resistencias
debemos asegurarnos de
que no existe tensión alguna en el circuito,
ya que podemos estropear el polímetro.
Fig. 5.4
A
Polímetro digital.
Intensidad Ο En serie
Fig. 5.5
Fig. 5.7
Fig. 5.6
La tensión en un circuito se mide
siempre en paralelo.
En un circuito la intensidad se
mide serie.
65
5
3
EL CALIBRE PIE DE REY
Podemos considerar los calibres pie de rey como reglas de tacón especiales. Con ellos podemos medir magnitudes exteriores con las patas, interiores con las cuchillas y profundidades con la sonda o lengüeta (véase la
Figura 5.8).
Calibre pie de rey
1. Regla graduada
• Pata o boca fija (punta en
bisel).
• Cuchilla fija (punta en bisel).
• Graduaciones en milímetros y
en pulgadas.
• Graduación posterior.
El calibre consta de dos partes fundamentales; una regla graduada cuyo
extremo termina a escuadra denominado patilla fija, y otra regla de menor
tamaño cuyo extremo también termina a escuadra denominada cursor o
corredera ya que éste, al deslizarse sobre la regla, permite efectuar medidas de exteriores, interiores y profundidades.
2. Cursor
Interiores
• Dos nonios (en mm y en
pulgadas).
• Pata o boca móvil.
• Cuchilla móvil.
• Sonda o lengüeta.
• Graduación posterior.
Profundidades
Regla graduada
Cursor
Con un calibre
pie de rey
es posible medir, con precisión
media, exteriores, interiores y
profundidades.
Fig. 5.8
Exteriores
A
CÓMO UTILIZAR Y MEDIR CON EL CALIBRE
El calibre es un instrumento de medida con el que es posible efectuar
mediciones de exteriores, interiores y profundidades. La forma de utilizarlo la puedes observar en la Figura 5.10.
M
M
a) Exteriores
Fig. 5.9
Medida de una pieza de revolución
con un calibre pie de rey.
c) Profundidades
Fig. 5.10
66
b) Interiores
M
Calibres efectuando medidas de exteriores, interiores y profundidades. Formas
habituales de sujeción.
Para efectuar la lectura en un calibre debemos fijarnos en la zona
común de la regla y divisiones del cursor. Normalmente pueden presentarse dos casos:
1.er caso. El 0 del nonio coincide con una división de la regla.
Regla
Se procede siempre de la forma siguiente:
Prescindimos de las divisiones del nonio y tomamos el 0 del nonio
como si fuera un dedo que nos señala la medida.
Nonios
Cursor
o
2. caso. El «0» del nonio no coincide con una división de la regla.
En este caso, el observador se encuentra ante un posible error de
interpolación, ya que puede ocurrir que no sea capaz de apreciar
con exactitud la magnitud señalada por el instrumento de medida.
Para evitar en parte este tipo de errores, los instrumentos de medida
suelen disponer de un nonio, a través del cual se mejora la apreciación del instrumento de medida.
B
Medida = 23 mm
Observa cómo, cuando una medida es
exacta, las divisiones 0 y 10 del nonio
coinciden con las divisiones de la regla.
Medida exacta. Cuando en una medida
el 0 de nonio coincide con una división
de la regla, la última división del nonio (división 10)
también coincidirá con una división de la regla.
Fig. 5.11
¿EN QUÉ SE FUNDAMENTA UN NONIO?
Para entender este concepto analicemos la siguiente experiencia. Supongamos que enfrentamos una regla graduada, que consideraremos fija, con
otra sin graduar, que supondremos móvil, y que tomamos 9 unidades de la
regla fija sobre la móvil y ahora esta magnitud la graduamos dividiéndola
en 10 partes iguales. Habremos construido un nonio cuya apreciación será
de 0,1 unidades y cuya distancia entre trazos o valor de las divisiones del
cursor será de 0,9 unidades.
Para poder conocer cuál es la apreciación de un calibre, es decir, la menor
magnitud que es capaz de verificar un instrumento de medida, puedes aplicar la siguiente relación:
Regla fija
Unidad de
medida
Regla móvil
V = 0,9 unidades
a = 0,1 unidades
Fig. 5.12
Fundamento del nonio.
Menor división de la regla
Apreciación = ––––––––––––––––––––––––––––––––– = 1/n.º
n.º de divisiones del cursor
Detalle «a»
Fig. 5.13
Detalle «b»
Nonio con apreciación de 0,05 mm. Observa cómo, en el detalle «b» de la figura, el cursor se ha desplazado respecto al detalle «a»
un valor igual a su apreciación. En nuestro caso, 0,05 mm.
67
5
C
¿CÓMO DEBEMOS MEDIR UNA MAGNITUD
CUANDO NO COINCIDE EL 0 DEL NONIO CON
UNA DE LAS DIVISIONES DE LA REGLA?
Se procede siempre de la siguiente forma:
Medida = Pe + a · n
Parte entera
Parte decimal
1
1
a = ––– = ––– = 0,05 mm
n
20
Parte entera = 18 mm
9.ª división del nonio
M = 18 + 0,45 = 18,45 mm
Fig. 5.14
a) Tomamos el 0 del nonio como si fuera un dedo
que nos señala la medida de los milímetros
enteros a la que denominaremos parte entera
(Pe) (similar al caso anterior).
b) Nos fijamos qué división del nonio n coincide con alguna de las divisiones de la regla y,
teniendo presente el concepto de apreciación
a, lo aplicamos para determinar la fracción decimal medida por el nonio.
c) La medida total será la suma de los dos apartados anteriores y tendrá por expresión:
Parte decimal = a · n = 0,05 · 9 = 0,45
Medida = Pe + a · n
Procedimiento para medir con un calibre cuando el 0 del nonio
no coincide con una de las divisiones de la regla.
D
FORMAS DE UTILIZACIÓN DEL CALIBRE DEL PIE DE REY
Los calibres de pie de rey suelen estar hechos de acero inoxidable templado
e incluso cromado. Existe una gran variedad de tipos de calibres y modos en
los que éstos pueden utilizarse (véase la Figura 5.15).
Fig. 5.15
Usos más comunes.
Medida
exterior (d)
Medida interior
corregida (d + 10)
Medida interior
con cuchillas
Medidas
exteriores
Medida
de profundidades
con cuchillas
Cómo escuadra
y elemento de trazado
no se debe utilizar
68
4
EL MICRÓMETRO O PALMER
Es un instrumento de medida con el que se consiguen precisiones de la centésima de milímetro. El funcionamiento se basa en el principio de tornillo
y tuerca; si en una tuerca fija se hace girar un tornillo una vuelta completa,
éste avanza (longitudinalmente) una distancia igual al paso.
Casquillo interior
Tuerca de ajuste
Casquillo exterior
Husillo
Contactos
Tornillo sensitivo
Freno
Arco
0,5
a = ––––– = 0,01 mm
50
Tambor de medición
Normalmente, el tornillo de un micrómetro
tiene un paso de 0,5 mm, y el tambor de
medición está dividido en 50 partes, de esta forma se consigue
una centésima de apreciación.
Fig. 5.17
Placas aislantes
Fig. 5.16
Micrómetro convencional.
• Proceso de medida
Se coloca el objeto cuya longitud se quiere medir entre los topes
(contacto y husillo), girando el tambor hasta que los topes toquen
y presionen ligeramente a la pieza (el giro se ha de realizar con el
embrague o tornillo sensitivo para asegurar una presión adecuada de los topes, de esta forma se evitan esfuerzos en la rosca del
micrómetro que pueden estropearlo). Después se consultan las
graduaciones:
Pieza
Tornillo sensitivo
Freno desbloqueado
1. La línea de arriba de la graduación longitudinal nos indicará
los milímetros enteros.
2. La línea de abajo, si aparece alguna después de la última línea
de arriba, nos indica que se ha sobrepasado 0,5 mm.
3. Se lee la división del tambor que coincida con la línea longitudinal, sumándose todas. Cada división es igual a 0,01 mm (que
es la apreciación).
4. La medida final que se obtiene es el resultado
de la suma de todas ellas.
Fig. 5.18
Consulta de la graduación.
Graduación del tambor
• Ejemplo de medida con un micrómetro
Línea longitudinal de arriba = 7 mm, la línea longitudinal de abajo = 0,5 mm y la división del tambor es la 37 = 0,37 mm.
La medida será = 7 + 0,5 + 0,37 = 7,87 mm
Graduación longitudinal
Fig. 5.19
Graduación del micrómetro.
69
5
• Tipos de micrómetros. Formas de utilizarlos
Los micrómetros suelen estar hechos de acero templado, presentando una
terminación cromado mate. Existe una gran variedad de tipos de micrómetros y modos en los que éstos pueden utilizarse. En las figuras siguientes se
han representado algunos de los modelos y utilizaciones más comunes de
los micrómetros.
Recuerda
1 μ = 0,001 mm
Nonio
a) Micrómetro de exteriores convencional.
b) Micrómetro con nonio incorporado.
Apreciación de 1 μ (μ = micra).
c) Micrómetro de exteriores con lectura en
contador.
Reloj comparador
Disco
d) Micrómetro de exteriores con disco graduado.
Fig. 5.20
e) Micrómetro de exteriores con reloj comparador.
f) Micrómetro de interiores de 3 contactos.
Distintos tipos de micrómetros.
Normas de conservación de los instrumentos de medida
En general, todos los instrumentos de medida y verificación presentan unas normas de conservación
similares, entre las que destacamos:
1. Cada instrumento se ha de utilizar para aquellas aplicaciones para las que se ha diseñado. Ejemplo:
nunca se deben utilizar los instrumentos de medida como elementos de trazado, ya que éstos se
desgastan con el roce y pierden la precisión para la que fueron construidos.
2. Los instrumentos de medida han de encontrarse separados totalmente de los instrumentos de
corte y mecanizado (limas, herramientas, etc.), ya que el roce con las mismas produce un deterioro
de estos aparatos de medida.
3. Se han de evitar los golpes para no deformar los cantos.
4. Una vez utilizados estos instrumentos se han de almacenar perfectamente limpios, engrasados y
en condiciones óptimas para su posterior utilización.
5. Se han de eliminar las rebabas de las piezas antes de su medición.
6. En el caso de los calibres se han de tener en cuenta además de las normas anteriores las siguientes:
• Al medir, y siempre que sea posible, no desplazar las patillas o elementos en contacto sobre la
pieza para realizar su lectura; leer directamente, ya que éste se desgasta y estropea.
• Al efectuar la medida, no forzar sus mecanismos.
Por último, debes recordar que, cuando tengas que medir una pieza con un instrumento de medida
de gran precisión, deberás asegurarte de que tomas la medida a una temperatura media que suele
oscilar entre 15º y 25º C, sobre todo si la pieza que vas a medir es de acero. De esta forma evitarás
errores debidos a las dilataciones de los materiales por el calor.
70
ACTIVIDADES
5
b) Medid la tensión entre los puntos 1-2, 2-3, y 2-4.
Del cuaderno de trabajo
Realiza las actividades correspondientes a esta Unidad
propuestas en tu cuaderno de trabajo.
Búsqueda de información
Busca información sobre los polímetros analógicos y
compáralos con los digitales. A continuación, realiza un
esquema que muestre el procedimiento que se ha de
seguir para medir con este tipo de instrumentos.
c) ¿Qué ocurre si se funde la lámpara L1?
d) Conocidos los valores obtenidos en los apartados
a y b y suponiendo que todas las lámparas son
iguales, ¿se podría conocer el valor de su resistencia?
Justificad la respuesta.
02
Indicad el valor de los nonios de la figura, así
como la medida que representa cada uno de ellos.
a)
De grupo
01
Solicitad a vuestro profesor los materiales necesarios y montad el circuito representado. Después, utilizando el polímetro y, en su caso, haciendo los cálculos
necesarios, realizad las actividades siguientes:
a) Comprobad la intensidad de corriente que circula
por los conductores en los tramos a, b, c y d y
realizad una tabla con los datos obtenidos.
b)
22
1
a
b
24 V
L1
L2
Lámparas de
24 V / 25 W
L3
4
3
Intensidad
del tramo a
d
c
Tensión entre los
puntos 2-4
24 V
c)
2
1
L3
L2
L1
3
4
Clema
71