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CAPITULO 8
INSTRUMENTOS y SISTEMAS DE MEDICION
Hasta el siglo XVI el hombre pensaba que solo había unos cuantos planetas:
Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, o sea los que pueden verse a simple
vista. A finales del siglo XVI en Holanda se empezaron a construir sistemas de
lentes para observar cosas lejanas, y Galileo no solo perfeccionó dichos sistemas,
sino que los dirigió hacia el cielo, y descubrió satélites alrededor de Júpiter
abriendo un campo nuevo para la ciencia. Galileo no fue el único que empleo los
nuevos sistemas de lentes para observar la naturaleza. Leweenhook en Holanda
construyó sistemas de lentes observó agua sucia y descubrió a los microbios.
Telescopios y microscopios ayudaron a ampliar nuestra visión del mundo y fueron
fundamentales para ampliar el ámbito de trabajo de los científicos, y crear nuevas
ramas de la ciencia. Cada nuevo instrumento ha sido una herramienta fundamental
para satisfacer la curiosidad humana y crear conocimiento.
Características Básicas de los Instrumentos
La calidad de las medidas está condicionada por dos elementos básicos, la
forma en que medimos y las características de los instrumentos. Los instrumentos
de medición poseen una o más escalas determinadas conforme a las unidades base
o patrones, e indicadores que señalan las lecturas que se obtienen con el
instrumento o sea las medidas. Hasta hace algunos años los indicadores eran agujas
que se movían frente a las escalas dibujadas en carátulas de cartón o plástico donde
se presentaban los datos. En los instrumentos digitales, hay una pantalla electrónica
en la que aparecen directamente las lecturas ya expresadas en números. También
en ese caso hay escalas calibradas solo que son internas, y están definidas por
voltajes y corrientes eléctricas dentro del aparato. La resolución de un instrumento
es la lectura mínima que es posible obtener con el mismo. Si las medidas que
proporciona el instrumento se leen mediante agujas frente a escalas calibradas, la
Instrumentos 85
resolución es la lectura indicada en la división mas pequeña, si es digital la
resolución es la lectura mínima indicada por el instrumento.
En los instrumentos con escalas dibujadas mediante rayitas en una carátula o
sobre el cuerpo, la resolución se determina contando cuantas marcas hay entre dos
números sucesivos de la escala, calculando la diferencia entre dichos números y
dividiendo el resultado de la división entre la cantidad de rayas.
Ejemplo 8.1.-) Determinar la resolución de la regla ilustrada en la Figura 8.2
Solución. la distancia entre dos marcas sucesivas cualesquiera con números
representa 1 cm, entre esas dos marcas hay diez marcas de calibración por lo que la
resolución de la regla se determina dividiendo 1 cm /10 = .1 cm = 1 mm.
Figura 8.2
Ejemplo 8.2.-) En una probeta entre las marcas de 0 ml y 20 ml hay 5
divisiones ¿cuánto vale la resolución?
El intervalo de medidas vale 20 ml – 0 ml = 20 ml. Dado
que hay 5 divisiones la resolución es r =
€
20 ml
5 =4 ml (fig 8.3)
En los instrumentos digitales la resolución es la lectura más pequeña que
proporciona la pantalla. En un reloj digital en el que podemos leer tiempos hasta
centésimas de segundo, la resolución vale una centésima de segundo o sea 0.01s
Los instrumentos están fabricados para indicar valores desde un valor
mínimo que es la resolución hasta un valor máximo. Por ejemplo una regla de
plástico escolar puede medir longitudes desde 1 milímetro hasta 30 centímetros. A
la diversidad de valores que puede medir un instrumento desde la resolución de la
escala hasta el valor máximo se le llama rango de medición.
Antes de usar un instrumento debemos leer el manual, determinar la
resolución, el alcance de las escalas y las condiciones del medio ambiente en las
20 ml
Figura 8.3
85
Instrumentos 86
cuales puede usarse el aparato. En los manuales se especifica a que temperatura, las
condiciones de humedad y otros factores que influyen en el funcionamiento de un
instrumento. Puede decirse sin duda que la primera ley de la instrumentación es
"leer el Manual".
Sensores. Un termómetro de mercurio se fabrica aprovechando que el
mercurio se expande rápidamente si se calienta ó se contrae rápidamente si se
enfría. El termómetro es un bulbo lleno de mercurio conectado a la cavidad de un
tubo de vidrio, en donde se ha hecho el vacío al fabricarlo, para que el mercurio
pueda expandirse libremente dentro de la cavidad. Para medir temperatura de un
objeto, se coloca el bulbo de manera que quede completamente rodeado del objeto,
si el objeto está caliente el mercurio se expande creciendo la columna dentro de la
cavidad, si esta frío el mercurio se contrae, y la columna dentro de la cavidad se
hace más pequeña. El mercurio es la parte del termómetro que poniéndose el
contacto con el objeto, “siente” la temperatura y al expandirse o contraerse produce
la columna indicadora de temperatura. El bulbo lleno de mercurio del termómetro
se llama sensor.
Un sensor es la parte del instrumento que, poniéndose en contacto con el
fenómeno que se
va a medir,
posee una
propiedad que
cambia de
manera
proporcional a
los cambios del
fenómeno que se
mide. Dentro de
los medidores de
corriente y
voltaje, los sensores son alambres de cobre e imanes. En los supermercados los
códigos de barras se leen mediante sensores hechos en base a la reflexión de un
Figura 8.4
86
Instrumentos 87
láser, sobre los códigos de precios en forma de barras claras y oscuras, que de ahí
incide sobre un dispositivo sensible a las variaciones de luz. Los científicos e
ingenieros han creado una gran diversidad de sensores, con los que se detectan una
inmensa cantidad de fenómenos
Señales. En un termómetro medimos la temperatura viendo el nivel de la
columna de mercurio frente a una escala. La altura de la columna de mercurio
medida en una escala convenientemente definida, es lo que se llama una señal. Una
señal es aquella variable producida por el instrumento de medición y que usamos
directamente para realizar una medida. La señal no necesariamente es de la misma
naturaleza que el fenómeno que está midiendo. En un termómetro medimos
temperatura mediante la longitud de la columna de mercurio, obviamente la
longitud de la columna no es la temperatura en si, pero construimos el instrumento
de manera que esa altura indique el valor de la temperatura.
En el termómetro estamos traduciendo una señal de un tipo - la temperatura -
en una señal de otro tipo, la altura de la columna de mercurio, el termómetro
constituye lo que se llama un transductor o traductor. Un dispositivo que
transforma un señal de un tipo en una señal de otro tipo para hacer una medida, se
llama transductor. En un medidor de corriente eléctrica, se traducen las
variaciones de la corriente, en movimientos de una aguja frente a una carátula
calibrada. En los instrumentos digitales se traducen temperaturas y otras variables,
en números que se leen directamente en una pantalla.
Calibración. Las escalas de un instrumento se determinan, comparando las
señales que produce el instrumento, con los patrones. Para calibrar un termómetro
se construyen dos sistemas físicos, uno es un estado en que en un recipiente
coexisten hielo derritiéndose, hielo evaporándose y el agua recién derretida a cuya
temperatura le atribuimos arbitrariamente el valor de 0oC. Ahí se sumerge el
termómetro sin calibrar y se marca la altura que alcanza la columna de mercurio. El
otro sistema es agua hirviendo al nivel del mar, donde se sumerge el termómetro,
se marca la nueva altura que alcanza la columna de mercurio del instrumento y le
atribuimos el valor de 100o C. El espacio entre las dos marcas se divide en cien
87
Instrumentos 88
partes iguales. Cada una de esas cien partes representa un cambio de temperatura
de un grado Celcius o Centígrado. La calibración consiste en reproducir de la
manera más fiel posible, los patrones de medición, sus múltiplos y submúltiplos, en
las escalas de los instrumentos.
Condiciones de operación. Durante el proceso de calibración también se
determinan las condiciones del medio ambiente dentro de las cuales el instrumento
funciona adecuadamente, y las correcciones que puedan ser necesarias si estas
condiciones varían. Esto se debe a que las particularidades del medio ambiente
pueden alterar a los materiales y mecanismos que constituyen un instrumento. Por
ejemplo en el caso de las reglas metálicas, la temperatura provoca que se dilaten o
se contraigan. Otros instrumentos son alterados por la humedad o bien por la
presión atmosférica. Existen instrumentos que forzosamente deben calentarse hasta
cierta temperatura a fin de que los circuitos y mecanismos alcancen la condición
considerada óptima para funcionar. Las condiciones de operación son el conjunto
de condiciones del medio ambiente dentro de los cuales el instrumento funciona
adecuadamente, y dentro de las cuales debe de operarse. En los instrumentos de
alta calidad el manual indica dichas condiciones e inclusive las variaciones que
pueden esperarse conforme varían cosas como la temperatura.
Lecturas Escalas y Unidades. Los números que representan una cierta
magnitud dependen de las unidades en que se miden. Un jugador de Basquetbol
que mide 2.08 metros en unidades del sistema internacional, mide solamente 6 pies
10 pulgadas en unidades del sistema inglés y 208 cm en unidades del sistema CGS.
Las tres cantidades aunque en su expresión numérica son diferentes, representan
exactamente lo mismo, la longitud del jugador. En general, si las unidades son
pequeñas las magnitudes de las medidas se expresan con números grandes y si las
unidades son grandes las magnitudes de las medidas se expresan con números
pequeños.
A menudo es conveniente usar unidades más grandes o más chicas, aunque
no sean las fundamentales según sean las magnitudes que se desea expresar. Las
distancias entre ciudades o entre países y continentes se expresan en kilómetros.
Los Astrónomos expresan sus distancias en años luz y no en metros, pues aunque
88
Instrumentos 89
podrían expresarse en metros, los números serian demasiado grandes y su manejo
puede ser truculento.
Sistemas de Medición
En un lugar de Chile llamado Cerro Tololo, existe un conjunto de
observatorios Astronómicos operados por varios países de Europa, sin embargo en
el lugar hay solamente dos o tres personas atendiéndolo. Desde Alemania, Italia o
Francia, los Astrónomos trabajan frente a computadoras y monitores, dirigen a
control remoto los Telescopios y Radiotelescopios de Cerro Tololo con señales
transmitidas mediante satélites artificiales, orientan a los instrumentos hacia las
regiones del cielo que quieren observar, transforman las imágenes en señales
eléctricas, las transmiten a Europa por satélite, y ahí las vuelven a convertir en
imágenes. Los telescopios de Cerro Tololo junto con los sistemas de
comunicaciones que los acompañan, constituyen un sistema de medición
formidable.
Un sistema de medición es un conjunto de instrumentos conectados para
levar a cabo mediciones. Evidentemente un solo instrumentos puede constituir en
si mismo un sistema de medición.
Medio medido Sensor Convertidor deVariable
Elemento parapresentar datos
Observador
Figura 8.5
Los elementos más fundamentales de un sistema de medición son en general
los mismos que constituyen un instrumento complejo: un sensor, que es el
dispositivo que se pone en contacto directamente con el fenómeno que se mide y
produce una señal, un convertidor de variable o transductor, que toma la señal ori-
ginal proveniente del sensor y la convierte en una señal más fácil de manipular,
elementos de transmisión de datos que llevan la señal de un punto a otro, de un
continente a otro o en el caso de satélites artificiales desde el espacio exterior otros
astros del sistema solar hasta la tierra, el elemento comparador que efectúa la
medida comparándola con las unidades y finalmente un elemento de presentación
de datos que presenta la información al observador. Ultimamente se lleva a cabo
89
Instrumentos 90
mucha manipulación de señal en computadoras y se han hecho muy populares
sistemas que digitalizan las señales, es decir convierten las señales en
combinaciones de 1’s y 0’s.
Modos Generales de Operación
Hay balanzas que funcionan en base a un resorte sujeto a un soporte y al
fondo del cual se le suelda una manecilla para que
sirva de indicador. Para pesar objetos, éstos se
cuelgan de la balanza sujetándolos de un gancho
soldado al fondo del resorte. La gravedad de la
Tierra jala al objeto hacia abajo, hasta que el
resorte lo equilibra. El resorte se estira acarreando
el indicador que sobre la escala nos permite hacer
la lectura. Este modo de operación se llama de
deflexión.
Un instrumento en el cual un mecanismo produce un efecto igual y opuesto
al efecto que produce la cantidad que se quiere medir, hasta equilibrar el
indicador del instrumento, funciona por la forma de operación llamada de
deflexión. Algún indicador se desvía a partir de una posición inicial y esa
deflexión es proporcional a la cantidad medida. Los instrumentos en los que una
manecilla se mueve frente a un cuadrante operan por deflexión. Una gran ventaja
de estos aparatos es que responden muy rápidamente ante los cambios de las
variables.
En una balanza de brazos iguales el objeto cuya masa se va a medir se
coloca en un platillo y en el otro platillo se colocan pesas, de manera que el
indicador no se aparte del centro de la escala y permanezca en equilibrio. El
indicador del
instrumento, no
debe de moverse
del punto de
equilibrio. La
medida se obtiene sumando la masa de las pesas que equilibran al objeto. La
La balanza de resorte trabaja en base a la deflexión del resorte
Figura 8.6
Funcionamiento por ajuste de nulos
Figura 8.7
90
Instrumentos 91
balanza de dos brazos utiliza un método de operación llamado ajuste de nulos.
Un instrumento funciona en modo de ajuste de nulos cuando los efectos del
objeto o fenómeno que se mide y el efecto de los objetos que integran las unidades,
se anulan mutuamente de manera que el indicador del instrumento no se mueve de
una marca o nivel de referencia.
Los instrumentos que funcionan por este principio son más precisos que los
que funcionan por deflexión. El inconveniente principal de estos instrumentos era
su lentitud, sin embargo la electrónica ha permitido construir aparatos de este tipo
que son muy veloces. Aunque una gran cantidad de instrumentos contemporáneos,
ya no utilizan indicadores en forma de agujas ni escalas dibujadas en carátulas,
internamente su funcionamiento adopta una de las dos modalidades descritas
anteriormente.
Tanto los instrumentos que operan por deflexión como los que operan por
ajuste de nulo, existe un sensor que tiene una propiedad que varia en forma
análoga a la variable que se está midiendo. Si el elemento sensor tiene una
propiedad que varia de la misma forma en que varía la cantidad medida, y los
datos se presentan con dispositivos que funcionan cambiando cambiando en forma
análoga a las variaciones de la variable medida, el instrumento llaman
analógicos. De hecho todos los instrumentos son básicamente analógicos. En los
instrumentos digitales la señal que produce el sensor que está en contacto con la
variable, es transformado en una corriente eléctrica variable que se procesa y se
interpreta mediante circuitos electrónicos, y se presenta en una pantalla
directamente mediante números. Sin embargo tenga siempre en mente que en el
interior de un instrumento digital, siempre hay un dispositivo analógico que es el
que está en contacto directo con el medio que se mide.
Lectura de escalas
Con la instrumentación digital la lectura de escalas se ha simplificado, sin
embargo aún empleamos muchos instrumentos con carátulas y agujas indicadoras,
o bien aún empleando instrumentos digitales a menudo tenemos que colocar los
sensores de forma adecuada, y por ello conviene tomar en cuenta algunas reglas
fundamentales para efectuar esta función. Supongamos que vamos a medir la
91
Instrumentos 92
longitud de un objeto mediante una regla. En este caso el objeto que se mide
también es indicador de la lectura. El problema de la medición empieza con la
colocación del objeto sobre la regla, uno de cuyos extremos debe de coincidir
exactamente con la marca de la regla que indica el cero (fig 8.7). La operación que
consiste en asegurarse que los indicadores de un instrumento marquen cero u otro
valor premeditado de antemano como punto de partida de la medición, se llama
Ajuste del Cero.
El extremo izquierdo del objeto de la figura 8.8 coincide exactamente con la
marca de 0 cm y el derecho esta ligeramente adelante de la marca de 1.2 cm, y muy
cerca de la marca de 1.3 cm La lectura correcta de la longitud del objeto será de 1.3
cm y no 1.237 cm o 1.238 cm La lectura correcta de la escala de un instrumento,
es la proporcionada por la marca de calibración, mas cercana al indicador de la
escala. Esta lectura es el valor mas probable de la medida. Si aproximásemos
lecturas en una región no calibrada, estaríamos inventando números por las razones
siguientes:
El extremo del indicador de la escala del instrumento está en una zona donde
ya no hay marcas de calibración.
Las marcas en las escalas de un instrumento, son la resultante de un proceso
que determina el lugar que mejor representa la magnitud que cada una de ellas
representa, sin embargo los puntos vecinos a ambos lados de la marca,
también tienen una probabilidad de representar la magnitud.
Así, los puntos cercanos a ambos lados de la marca que representa 1.3 cm de la fi-
gura 8.8 también podrían representar 1.3 cm
Algunos Instrumentos Básicos
A continuación se revisarán las características de los instrumentos de
medición más básicos, como el Vernier, la Balanza y otros.
Medida reproducible Figura 8.8
92
Instrumentos 93
El Vernier. Con este instrumento se obtienen medidas mas precisas de
longitudes pequeñas que con las reglas normales de 30 cm, obteniéndose lecturas
de décimas de milímetro. Su resolución es de 0.1 mm = .01 cm = .000,1 m. La fi-
gura 8.9 de la siguiente página muestra un vernier.
Tiene una barra para medir profundidad, dos puntas para medir el diámetro
interior de tubos, y una entrada para medir longitudes, estos son los sensores del
instrumento. Tiene una regla normal calibrada en centímetros y milímetros.
Montada en la regla normal hay una regla móvil mas pequeña, llamada cursor o
regleta, cuya escala está dividida en 10 partes iguales separadas entre si .9 mm.
Haciendo coincidir los ceros de la escala normal y el de la escala móvil del cursor,
se aprecia que cada una de las marcas de la escala en el cursor, se va apartando de
las marcas de la escala normal hasta que la última de las marcas del cursor coincide
con la marca de 9 mm en la escala normal.
El proceso para medir la longitud de un objeto con el vernier se ilustra en la
figura 8.10. El objeto se coloca entre las pinzas del medidor de longitudes. La
marca de cero del cursor indica la longitud del objeto hasta centímetros y
milímetros. En la figura esta marca está entre 1.0 cm y 1.1 cm pero sin llegar a 1.1
cm, por ello el objeto mide 1.0 cm y un poco mas pero sin llegar a 1.1 cm.
Para ver cuantas décimas de milímetro mas hay que agregar, se busca la
marca del cursor que coincide o es la mas cercana a una de las marcas de la regla
O3456
Cursor o regla movil
Escala del cursor conresolución de .1 mm
Entrada para medirlongitudes
Barra para medir profundidad
Escala normal en cm y mm
Puntas para medir diámetrosinteriores
1
Figura 8.9
O3456
Cursor o regla movil
Marca del cursor que mejor coincide con un marca de la regal normal, en este ejemplo indica .8 mm = .08 cm
Escala normal en cm y mm
1
Objeto
La marca inicial delcursor indica lalongitud hasta milímetros, en este ejemplo 1.4 cm
Longitud del objeto = (1.4 + .08) cm = 1.48 cm
Figura 8.10
93
Instrumentos 94
normal o fija. En la figura 8.8 esta marca es la segunda del cursor después de la
que indica el cero, o sea 0.2 mm = (.2/10) = 0.02 cm El valor mas probable para la
longitud del objeto es 1.0 cm + 0.02 cm = 1.02 cm.
El Cronómetro En la antigüedad, la medida del tiempo era sumamente
problemática. Los relojes primitivos de Sol o de agua eran sumamente inadecuados
para medir movimientos rápidos. En la edad media se inventaron los relojes de
arena que permitían una precisión más grande en la medición del tiempo, aunque
tendían a atascarse con frecuencia. En los barcos de Cristóbal Colón al igual que en
todos los de la época, habían marineros dedicados exclusivamente a vigilar que los
relojes de arena funcionaran continuamente día y noche. Galileo todavía trabajó
con relojes de arena y de agua.
En todos los relojes existe un mecanismo o fenómeno que produce una
oscilación uniforme e invariable. En los relojes de cuerda, una rueda oscila
uniformemente
en tanto la
cuerda se
desenrolla. En los relojes digitales un cristal de cuarzo produce una corriente
eléctrica que oscila uniformemente con una estabilidad que ningún reloj de cuerda
puede igualar, en tanto la batería le proporcione una corriente eléctrica estable.
En el laboratorio el tiempo se mide con cronómetros de cuerda o elec-
trónicos. La resolución típica de los relojes de cuerda puede ser 0.2 s o de 0.1 s (fi-
gura 8.11) En algunos cronómetros una vuelta completa de la manecilla grande in-
dica 1 minuto mientras que en otros indica 30 segundos.
La mayoría de los cronómetros contemporáneos son digitales (Fig. 8.12), su
0 1
2
0
1
Resoluciónde 0.2 s.
Resolución de 0.1 s.
Figura 8.11
Figura 8.12
94
Instrumentos 95
resolución típica es de una centésima de segundo (.01 s) o de una milésima de
segundo (.001 s). La pantalla de estos cronómetros típicamente se divide en tres
secciones, la ubicada más a la izquierda mide los minutos, la del centro mide
segundos y la izquierda hasta centésimas o milésimas de segundo. Usualmente el
botón de la derecha dispara al cronómetro y con el mismo botón se termina la
lectura. El botón de la izquierda regresa al cronómetro a cero.
Balanzas. La balanza típica de laboratorio escolar es la granataria, aunque muy
rápidamente está siendo sustituida por balanzas digitales. La balanza granataria se
calibra colocando la pesa o pesas sobre el cero de la escala, y el tornillo de
calibración se atornilla o destornilla, hasta que el indicador de equilibrio coincide
con
una
marca indicadora en el marco de la balanza. Los objetos que se pesan se colocan en
una platina. Una o varias pesas equilibrantes se mueven sobre los brazos de la
balanza, hasta que el indicador vuelve a quedar en equilibrio con la marca sobre el
marco del instrumento. La balanza granataria tiene una resolución típica de 0.1
gramo.
Las balanzas electrónicas tienen una resolución de al menos 0.1 gramos y son
más rápidas, confiables y sumamente portátiles. Tienen un botón que fija el cero,
ya que el mecanismo interno funciona en base a un sistema que equilibra el peso de
los objetos mediante un resorte, que se conecta aun sistema electrónico que mide
cuanto se comprime el resorte y es necesario compensar las variaciones de
atracción de la gravedad conforme nos acercamos o alejamos del centro de la
Tierra. Una vez fijado el cero se puede proceder a medir y en una pantalla se
muestra la medida obtenida en números. La resolución típica de las balanzas
electrónicas comunes es de centésimas de gramo
Termómetros. El termómetro típico de laboratorio está graduado en grados
Celcius o Centígrados y a veces también en Grados Fahrenheith. Ya hemos
descrito como se calibra un termómetro. Para medir temperatura se coloca el
Figura 8.13
95
Instrumentos 96
termómetro de manera que el medio medido rodee por completo el bulbo,
procurando que nunca toque las paredes del recipiente, y que quede exactamente en
medio de la sustancia. La lectura de la Temperatura en oC, consiste en contar
cuántas marcas de calibración hay desde la marca que indica el cero, hasta la marca
más cercana al nivel de la parte superior de la columna de mercurio. Aunque la
escala Celcius es la preferida en la mayoría de las medidas científicas, en los textos
originados en los EU a menudo se utilizan Grados Fahrenheith, por lo que es
necesario aprender a hacer transformaciones de escala.
La resolución típica de un termómetro de laboratorio escolar es de 1oC
aunque hay algunos modelos
con resolución de .5oC. El rango
de operación típico va desde –
20oC hasta +120oC. Debe de
cuidarse que la columna no suba
mas arriba de dicho valor
porque al expandirse el mercurio
puede romper el vidrio y
destruir el termómetro. Existen
termómetros de mercurio que
pueden medir hasta unos 200 oC sin embargo mas allá de dicha temperatura, el
vidrio de los termómetros se empieza a derretir. Para medir temperaturas mas altas
existen otros dispositivos como los termopares que emplean variaciones de
corriente eléctrica llevada en circuitos debido a la temperatura y otros sensores
mas sofisticados.
Cristalería. Los instrumentos de vidrio más comunes son: vasos de
precipitado, matraces, tubos de ensaye y probetas. En los laboratorios es frecuente
encontrar probetas con capacidad total de 10 ml, 100 ml, 250 ml, 500 ml o 1 litro,
con resoluciones que van desde 1 ml hasta 20 ml. La gran mayoría de los
recipientes de vidrio son capaces de soportar temperaturas desde - 30oC hasta
96
Figura 8.4
Instrumentos 97
200oC.
Para leer las escalas de un instrumento de vidrio debe tomarse en cuenta que,
por efecto de la fuerza de adhesión entre los líquido y el vidrio, la superficie del
líquido no es plana sino que es ligeramente curva, con las orillas de la parte que
intercepta al vidrio, curvadas hacia arriba. Esta superficie se llama Menisco
(Fig.8.15).
La referencia para leer la escala es una línea imaginaria
ligeramente arriba de la superficie del líquido, en lugar de la
superficie del líquido. Buena parte de la cristalería está siendo
sustituida por instrumentos de plástico, aunque esto tienen
limitaciones obvias, ya que el plástico ordinario es frágil ante
calentamiento, y los plásticos que resisten al calor son aislantes
y hacen mas difícil calentar o enfriar sustancias.
Recomendaciones Generales. Como criterio general, al efectuar una medida
debe usarse el instrumento con la resolución más pequeña posible. Por ejemplo un
volumen de 200 ml Puede medirse con una probeta de 250 ml y resolución de 2 ml
o una de 1 litro y resolución de 5 ml La mejor medida será la que se efectúe con la
probeta de 250 ml pues el error de medición será menor, ya que el margen de error
es la directamente proporcional a la mitad de la resolución, la probeta de 250 ml
tiene una escala mas fina que la de 1 litro de capacidad. Lo mismo es válido para
cronómetros, balanzas y cualquier otro instrumento.
Los instrumentos hasta aquí descritos son los que más probablemente se
encuentran en los laboratorios de enseñanza media, además de reglas, escuadras,
barras de acero, soportes pinzas de mesa y sujetadores. En general en su vida
profesional un científico o ingeniero se encontrará con otros instrumentos y
sistemas de medición diferentes mas o menos complicados, pero los principios
generales de operación que se han discutido hasta aquí, seguirán siendo válidos.
Preguntas de Repaso
1. Definir escala
10 ml
20 ml Menisco
Figura 8.15
97
Instrumentos 98
2. Describir para que sirven los indicadores de los instrumentos
3. Definir resolución
4. Definir rango de medición de un instrumento
5. Describir porque debe leerse el manual de los instrumentos
6. Definir que es una sensor
7. Describa el sensor de una termómetro
8. Describa en que consisten los sensores de probetas, reglas, transportadores y
básculas
9. Describir la relación entre la señal y el sensor
10. Describa la naturaleza de la señal en termómetros, relojes de manecillas,
probetas y reglas de plástico
11. ¿Que es un transductor?
12. ¿ En que consiste la calibración?
13. ¿Que son las condiciones de operación de un instrumento?
14. ¿Como se relaciona el tamaño de las unidades con el tamaño de las cantidades
que se obtiene al medir?
15. ¿Cuales son los elementos funcionales de un sistema de medición?
16. ¿En que consiste el modo de operación por deflexión?
17. ¿En que consiste el modo de operación por ajuste de nulos?
18. Clasifique los instrumentos que ha usado en sus prácticas por su modo de
operación, deflexión o ajuste de nulos
19. ¿Cuales son las ventajas y desventajas de los instrumentos que operan por
deflexión y los que actúan por ajuste de nulos?
20. ¿Cual es la diferencia mas básica entre los instrumentos analógicos y los
digitales?
21. ¿A que se llama el ajuste del cero de un instrumento?
22. Describa como se lee la escala de un instrumento si el indicador no actúa
exactamente sobre una de las marcas de calibración
23. Explique porqué la lectura mas correcta de una medición es la de la marca mas
98
Instrumentos 99
cercana al punto donde apunta el indicador
24. Explique como se emplean el vernier, el cronómetro, la balanza granataria y el
termómetro
25. Defina la resolución típica del vernier, el cronómetro, la balanza granataria y el
termómetro
26. ¿Como se leen las escalas en probetas y otros instrumentos para medir
volúmenes de líquidos?
27. Si usted lee un volumen de 20 ml explique porqué es mejor una probeta de 1 ml
de resolución que una de 5 ml de resolución
Preguntas para pensar y razonar
28. Medidas cuidadosas de las masas de las sustancias en reacciones químicas
llevaron a descubrir la ley de la conservación de la materia ¿podría esto
indicarla importancia del perfeccionamiento de algún instrumento de
medición?
29. Describa por lo menos un inconveniente del empleo de instrumentos en los
cuales una aguja se desplaza frente a una escala calibrada con rayitas y
números
30. Describa por lo menos un inconveniente del empleo de instrumentos en los
cuales la medida se lee directamente en números en una pantalla (instrumentos
digitales)
31. ¿Cual será el elemento sensor de una lupa? explique
32. ¿Cual será el elemento sensor de un reloj? explique
33. ¿Cual será el elemento sensor de un microscopio? explique
34. ¿Como mediría al menos en forma aproximada el volumen de un árbol?
35. ¿Como mediría al menos en forma aproximada el área de la superficie del
tronco de un árbol?
36. ¿Podría considerarse al calendario como un instrumento de medición?
37. Suponga que usted cuenta las canicas que hay en una bolsa ¿porqué esto no es
una medición?
38. ¿Como mediría la masa de una hormiga? Explique
99
Instrumentos 100
39. ¿porqué una calculadora científica no es un instrumento de medición? ¿que tipo
de instrumento será? Explique
40. En un reloj analógico o de manecillas ¿Cual es la variable final mediante la que
se presenta la lectura de tiempo? (no es el tiempo en si) explique su respuesta
100