METROLOGÍA:PATRONES DE MEDICIÓN

Mediciones Eléctricas

Un patrón de medida es una representación física de una unidad de medición. Una unidad que se realiza con referencia a un patrón físico arbitrario o a un fenómeno natural que incluye constantes físicas y atómicas

El patrón que permite realizar las mediciones se conoce como unidad de medida y debe cumplir con tres condiciones básicas:

Ser inalterable (no puede cambiar con el tiempo ni en función de quién realice la medida),

 Ser universal (puede ser utilizado en todos los países)

Ser fácilmente reproducible.

Cuando una medición se concreta a través de un instrumento de medida, se habla de una medición directa. En cambio, en los casos en que no existe el instrumento adecuado (porque el valor a medir es muy grande o muy pequeño, por ejemplo), la medición se realiza a través de una variable que permite calcular otra distinta. En estos casos, se dice que la medición es indirecta.

Hace algunos siglos era muy difícil realizar mediciones, debido a que todas las personas median como querían y podían, esto les causaba varios conflictos porque no todos median de la misma forma, utilizaban patrones naturales (mano, pie, brazo) pero como no todos los seres humanos eran iguales, tenían muchos errores

Los sistemas más raros de medición coexistían hasta la Revolución Francesa, allá por el año 1789. En esta época de tumulto y grandes cambios, los franceses, enardecidos por su afán de cambiar y ordenar el mundo, decidieron que tenían que fundar un sistema de mediciones racional y único que fuera superior a todos los demás. Mientras los políticos se dedicaban a mandar a sus enemigos a la guillotina, la Asamblea Nacional (francesa) le encomendó en 1790 a la Academia de Ciencias que creara este nuevo sistema.

El nuevo sistema tenía que:

Estar basado en cosas que permanecieran estables en la Naturaleza. No, por ejemplo, el largo de un pie, porque como bien se sabe el largo de los pies, como el de las narices, varía de persona en persona.

Estar basado en pocas formas de medir que se conectaran unas con otras de manera lógica. Por ejemplo, una vez definido el centímetro, se define al litro como el volumen de algo que entra en un cubo de 10 cm de lado, y se define el kilogramo como el peso de un litro de agua.

  Debía ser un sistema decimal, es decir, donde los múltiplos de las unidades variaran de 10 en 10. Así, un decámetro es igual a 10 metros, un hectómetro es igual a 10 decámetros, y así sucesivamente.

Después de mucho pensar, los científicos de la época se pusieron de acuerdo en que la unidad de medición debería tener que ver con el planeta Tierra. Y se propuso: ¿por qué no hacer que la unidad de longitud sea la diez millonésima parte de un cuarto de meridiano terrestre?.

Pues un meridiano terrestre es la distancia que va desde el Polo Norte al Polo Sur y vuelta al Polo Norte, es decir, una vuelta completa al planeta pasando por ambos polos. La Academia de Ciencias, le encomendó a un grupo de aventureros que fueran a medir, no todo un meridiano, que es muy largo, sino un cuarto de meridiano, que igual es bastante. Estos medidores midieron la distancia de la ciudad de Dunkirk, FRANCIA, hasta la de Barcelona, España.

A partir de esa medición y mediante observaciones astronómicas se pudo calcular el largo del cuarto de meridiano terrestre. A ese número se le dividió por diez millones. El largo que resultó de esa cuenta se usó para fabricar una barra de platino bautizándola con el nombre de metro.

Entonces, se hicieron y guardaron varias copias del metro patrón en una bóveda de seguridad, protegida de la herrumbre, el frío, el calor y los ladrones. También se decidió que el kilogramo sería, por definición, el peso del agua que cabe en un cubo de un décimo de metro de lado (es decir, 10 centímetros). También se construyó y guardó una pesa patrón de exactamente un kilogramo  junto con el metro. A partir de ese momento, todas las mediciones fueron comparaciones con esa barra y esa pesa de platino.

CLASIFICACIÓN

Patrón internacional: se define por acuerdos internacionales. Estos se evalúan y califican periódicamente con mediciones absolutas en términos de unidades fundamentales, los cuales se encuentran en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas.

Patrón primario (basico): se encuentran en los laboratorios nacionales, en distintas partes del mundo. Representan unidades fundamentales y algunas de las unidades mecánicas y eléctricas derivadas, se calibran independientemente por medio de mediciones absolutas en cada uno de los laboratorios nacionales.

Patrón secundario: es el patrón básico de referencia que se usa en los laboratorios industriales de medición. La responsabilidad del mantenimiento y calibración de los patrones secundarios depende del laboratorio industrial. Por lo general, se envían periódicamente a los laboratorios nacionales para su calibración y comparación con los patrones primarios.

Patrón de trabajo: son las herramientas principales en un laboratorio de mediciones. Se utilizan para calibrar y verificar la exactitud y comportamiento de las mediciones efectuadas en las aplicaciones industriales. Esto se hace para verificar que las mediciones efectuadas estén dentro de los limites de exactitud requeridos.

PATRONES PARA MASA, LONGITUD Y VOLUMEN

Masa: la unidad de masa se define como la masa de un decímetro cubico de agua a una temperatura de máxima densidad. La representación material de esta unidad es el Kilogramo Patrón Internacional, que se halla en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas, cerca de Paris.Longitud: la unidad métrica de longitud, el metro, se definió como la 1/104 parte del cuadrante del meridiano que pasa a través de Paris. La medida de un metro seria la distancia en la superficie de la tierra recorrida en un arco de un segundo, lo cual es un diezmilésimo del cuadrante del meridiano o la línea que va desde el Ecuador al Polo Norte Geográfico

Volumen: la unidad de volumen es una cantidad derivada y no se representa por medio de un patrón internacional. Los patrones secundarios derivados de volumen están disponibles y se pueden calibrar según los patrones primarios de la NBS

PATRONES DE TIEMPO Y FRECUENCIA

Tiempo: el sistema de tiempo universal (TU) o tiempo solar medio, se basa en la rotación de la tierra sobre su eje. El tiempo solar medio daría una escala de tiempo más exacta; un día solar medio es un promedio de todos los días del año. La búsqueda de una unidad de tiempo universal ha permitido que los astrónomos definan la unidad de tiempo llamada tiempo efímero (TE), que se basa en observaciones astronómicas del movimiento de la luna alrededor de la tierra.

Frecuencia: la frecuencia ŋ es una constante física que depende únicamente de la estructura del átomo. Ya que la frecuencia es el inverso del tiempo, un átomo proporciona un intervalo de tiempo constante. Los patrones de tiempo y frecuencia son únicos, y se pueden transmitir a través de los protones primarios de la NBS a otros lugares por medio de radio y televisión.

PATRONES ELÉCTRICOS

Ampere Absoluto: el sistema internacional de unidades (SI) define el ampere (unidad fundamental de corriente eléctrica) como la corriente constante que, al mantenerse a través de dos conductores paralelos de longitud infinita y sección circular despreciable, alejados estos 1 metro en el vacio, produce entre estos conectores una fuerza igual a 2x10-7 newton por metro de longitud. El voltaje, la corriente y la resistencia están relacionados por la Ley de Ohm de proporcionalidad constante (E = I*R).

Patrones de Resistencia: el valor absoluto del Ohm en el sistema SI se define en términos de las unidades fundamentales de longitud, masa y tiempo. La NBS mantiene un grupo de estos patrones primarios (resistencias patrones de 1Ω) las cuales se comparan de manera periódica y en ocasiones se verifican con mediciones absolutas. Los patrones secundarios y de trabajo se encuentran disponibles para algunos fabricantes de instrumentos en una amplia escala de valores y por lo general en múltiplos de 10Ω.

PATRONES ELÉCTRICOS

Patrones de capacitancia: ya que la unidad de resietencia se representa con la resistencia patron y la unidad de voltaje con una celda Weston patron, muchas unidades electricas y magneticas se pueden expresar en terminos de estos patrones. La unidad de capacitancia (farad) puede medirse con un puente conmutable de cd de Maxwell, donde la capacitancia se calcula a partir de las ramas resistivas del puente y la frecuencia de conmutacion cd.

Patrones de voltaje: Por muchos años el voltaje patrón se baso en una celda electroquímica llamada celda patrón saturada o celda patrón. Esta celda es dependiente de la temperatura y el voltaje de salida cambia cerca de -40μV/ºC del valor nominal de 1.01858V. También es afectada en proporción a la temperatura y porque el voltaje es una función de una reacción química y no depende de ninguna otra constante física.

Patrones de inductancia: el patron de inductancia primaria se deriva del ohm y del farad en lugar de los inductores construidos geometricamente para la determinacion del valor absoluto del ohm. La NBS seleccionó el patron Campbell de inductancia mutua como el patron primario tanto para la inductancia mutua como para la autoinductancia.

Instrumentos para medir propiedades eléctricas:

electrómetro (mide la carga)

amperímetro (mide la corriente eléctrica)

galvanómetro (mide la corriente)

óhmetro (mide la resistencia)

voltímetro (mide la tensión)

vatímetro (mide la potencia eléctrica)

multímetro (mide todos los anteriores valores)

puente de Wheatstone

osciloscopio

PATRONES DE TEMPERATURA E INTENSIDAD LUMINOSA

Temperatura: La temperatura termodinamica es una de las cantidades basicas del SI y su unidad es el KELVIN. La escala termodinamica Kelvin se conoce como la escala fundamental a la cual todas las temperaturas deben referirse. La magnitud del Kelvin se define como la temperatura termodinamica del punto triple del agua que ocurre exactamente a 273,16 K. el punto triple del agua es la temperatura de equilibrio entre el hielo, el agua liquida y el vapor de agua.

Intensidad Luminosa: El patron primario de intensidad luminosa es un radiador total (cuerpo negro o radiador de Planck) a la temperatura de solidificacion del platino (2042 ºK aproximadamente) . La candela se define como un sesentavo de la intensidad luminosa por cm² del radiador total. Estos patrones secundarios se recalibran con los patrones basicos en intervalos periodicos.

PATRONES IEEE

El Institute of electrical and electrics engineers (IEEE) publica y conserva un conjunto de diferentes tipos de patrones. Dicha sociedad de ingenieros tiene su sede en la ciudad de Nueva York. Estos patrones se mantienen actualizados y algunos de los mas antiguos estuvieron en uso antes de la segunda guerra mundial. Diversas sociedades y asociaciones han adoptado muchos de los patrones del IEEE como patrones para sus organizaciones, por ejemplo el American National Standars Institute (ANSI)

Existen varios patrones relativos a la seguridad del alambrado de plantas de energia, barcos, edificios industriales, entre otros. Los simbolos logicos y esquematicos habituales estan definidos, de manera que cualquier ingeniero puede entender los dibujos de la ingenieria. Tal vez uno de los patrones mas importantes es la interfase digital IEEE 488, para prueba de instrumentacion programable y otros equipos.

APLICACIONES VARIAS DE LA METROLOGÍA

Campos de aplicación de la metrología:• Dar a conocer al asistente de forma práctica el

campo de aplicación y la importancia de la metrología dimensional.

• Dar a conocer al asistente las magnitudes de influencia en el campo de Metrología dimensional.

• Explicar los requisitos de los distintos métodos de calibración en Metrología dimensional.

• Proporcionar criterios y conocimientos básicos para desarrollar una estimación de incertidumbre de la medición.

Tipos de metrología: La metrología tiene varios campos: metrología legal, metrología industrial y metrología científica son divisiones que se ha aceptado en el mundo encargadas en cubrir todos los aspectos técnicos y prácticos de las mediciones.

Metrología Científica: Se ocupa de los problemas teóricos y prácticos relacionados con las unidades de medida (como la estructura de un sistema de unidades o la conversión de las unidades de medida en fórmulas), del problema de los errores en la medida; del problema en las propiedades metrológicas de los instrumentos de medidas aplicables independientemente de la magnitud involucrada.

Metrología Industrial: Esta disciplina se centra en las medidas aplicadas a la producción y el control de la calidad. En la Metrología industrial la personas tiene la alternativa de poder mandar su instrumento y equipo a verificarlo bien sea, en el país o en el exterior. Tiene posibilidades de controlar más este sector, la metrología industrial ayuda a la industria en su producción, aquí se distribuye el costo, la ganancia.

Metrología legal: Este término está relacionado con los requisitos técnicos obligatorios. Un servicio de metrología legal comprueba estos requisitos con el fin de garantizar medidas correctas en áreas de interés público, como el comercio, la salud, el medio ambiente y la seguridad. El alcance de la metrología legal depende de las reglamentaciones nacionales y puede variar de un país a otro.

APLICACIONES VARIAS DE LA METROLOGÍA