Constraste de instrumentos

Transcripción

1 Introducción Constraste de instrumentos En este curso daremos algono datos de errores de medición, clases de instrumentos y contraste de instrumentos. La practica de esta teoría la puede encontrar en la sección laboratorio -> contraste de instrumentos Medición y error. Toda medición esta afectada de un cierto error. Es decir la medición de una magnitud difiere siempre en algo del valor verdadero de la misma. Una medida tiene sentido solo cuando se puede valorar en una u otra forma el error de que esta afectada. Exactitud y Precisión. Estos dos términos a menudo se los confunde, no obstante tienen significados muy diferentes. Un instrumento puede tener una gran precisión, en virtud de una escala clara, legible y finamente dividida, pero al mismo tiempo la exactitud (o aproximación) puede ser pobre, por ejemplo debido a un defecto o desajuste interno. La exactitud da una idea del grado de aproximación con que un valor concuerda con el valor verdadero. Por ejemplo se dice que un instrumento es preciso cuando es capaz de indicar variaciones de 1 milésima, pero se dice que tiene una exactitud de 1 milésimo cuando su lectura coincide dentro de 1 milésimo con el valor verdadero de la variable. Por lo tanto la precisión se refiere a la comparación entre dos magnitudes próximas y la exactitud la comparación con su patrón respectivo. Cuando un instrumento tiene una buena precisión, se busca hacerla tan exacto como preciso. La exactitud implica calibración exacta por comparación con un patrón, la precisión implica calidad constructiva. Errores que se cometen en las mediciones. Hay diversas clases de errores que se cometen en las mediciones pudiéndose hacer la siguiente clasificación: De lectura Errores De indicación Del método

2 Errores de lectura: Nos referimos a los errores, por ejemplo, provenientes de la falta de proporcionalidad de la escala o los de paraje, etc. Fig.1 Fig.2 En las escalas no lineales como las que tienen, por ejemplo, los instrumentos de hierro móvil, si la aguja se detiene en el medio da la distancia entre dos rayitas sucesivas de la escala, tal punto no corresponde al centro aritm?co entre las cantidades que corresponden a cada una de las dos rayitas. Por ejemplo en la figura 1 la mitad entre 1 y 1,5 donde se detuvo la aguja, no corresponde a 1,25, probablemente a 1,2 mas o menos debido a la falta de proporcionalidad de la escala. La lectura se hace sin embargo de 1,25A. Los instrumentos de imán permanente, como tienen una escala lineal son mas precisos en lo que respecta a los errores por falta de proporcionalidad de escala. Errores de paralaje: si las dirección de la visual (figura 2) no es perpendicular al plano de la escala, según la línea (2); sino que corresponde a la (1) o a la (3), en vez de leer la cantidad (a), en dicha escala se leen las cantidades (b) o (c). Para evitarlos el observador debe procurar colocarse perpendicular a la escala. En los instrumentos de precisión, se coloca un espejo debajo de la escala, y segundo se deben hacer lecturas cuando la imagen de la aguja desaparece debajo de la aguja misma, lo que indica que la visual es perpendicular a la escala. Errores de indicación: Son debidos al instrumento mismo, las causas de estos errores son de origen mecánico, magnético, térmico, etc. Causas mecánicas: El razonamiento del eje con sus apoyos es un motivo frecuente de errores. Por tal motivo, los aparatos de precisión utilizan eje vertical (posición horizontal del instrumento) y apoyos de piedras duras como el rubí, zafiro, etc. El desgaste de las puntas del eje es otro motivo de error.

3 Causas magnéticas: Todos los instrumentos que utilizan un campo magnético en su funcionamiento, si se utilizan en las proximidades de un campo magnético intenso, pueden producirse errores en la medición. Causas térmicas: Este error se produce al variar por efectos térmicas las propiedades de los materiales utilizados en la construcción del instrumento. La temperatura modifica la resistencia de los bobinados, dilata las piezas del aparato, etc. Errores de método: Esta clase errores de no deben ser adjudicados a los instrumentos en si, sino al sistema de medición. Por ejemplo, si al conectar un voltímetro para medir la caída de tensión en una parte del circuito, se provoca una variación en dicha caída por aumento de la intensidad de corriente, la lectura estará bien hecha, pero la caída leída no es la que hay si no estuviera conectada en paralelo la resistencia propia del voltímetro. Asimismo si se conecta un amperímetro para determinar la intensidad de corriente, la resistencia propia del mismo aumenta la del circuito, reduce la intensidad al nuevo valor que se podrá leer en la escala. Para reducir los errores en estos casos mencionados se construyen amperímetros con la menor resistencia interna posible y los voltímetros con resistencia elevada. Corrector de cero. En el estado de reposo (sin conectar) la aguja del instrumento debe estar en el cero de la escala. A veces, debido a algún defecto, la aguja sufre una pequeña desviación y no acusa exactamente al cero de la escala. Esto causaría un error que se denomina error inicial del instrumento. Para corregir este error los instrumentos están provistos de un corrector de cero. Fig.3

4 La figura 3 muestra el funcionamiento de este dispositivo. En el vidrio frontal del instrumento (1) esta colocado un tornillo (2) que en su extremo exterior tiene fijado en forma excéntrica un perno (3) que esta acoplado a la horquilla (4). El brazo de la la palanca da la horquilla esta unida al extremo da la espiral antagonista (5). Girando el tornillo (2) mediante un destornillador, se produce un desplazamiento de la aguja, que permite colocarla exactamente sobre el cero de la escala. Definición de error. Si X1 es el resultado de le medición de una cierta magnitud y X el valor verdadero de ella. Se llamara: Error absoluto a la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero de la magnitud que se esta midiendo. ΔX = X1 X ΔX: error absoluto X1: valor medido X: valor verdadero Teniendo un signo que resulta de la operación, según que el valor medido sea menor que o mayor que el valor verdadero. El error absoluto no da su importancia por si mismo. Supongamos que se realizan dos mediciones con un mismo amperímetro, la primera es de 8A y se comete un error absoluto de 0.1A. La segunda es de 1A y el error absoluto es también de 0.1A. el error absoluto no me dice por si solo cual de las dos mediciones es mas exacta. Por ese motivo, la magnitud del error hay que referirla a la cantidad medida, o mejor todavía al valor verdadero, (si se conoce) por simple relación, llamándose al resultado obtenido error relativo. Er = ΔX / X Er% = (ΔX / X) * 100 Es decir que el error relativo es el error absoluto dividido por el valor verdadero. Suele multiplicarse la cifra obtenida por (100) para expresarlo en (%). En el ejemplo anterior tenemos que: En la primer medición el error será: Er% = (0.1A / 8A) * 100 = 1.25% En la segunda medición será:

5 Er% = (0.1A / 1A) * 100 = 10% Se ve claro que con este dato se puede opinar sobre la medición, lo mas exacto se la de menor error relativo porcentual, para nuestro ejemplo será la primer medición. Clase de los instrumentos. Es un número que indica la calidad del instrumento. La clase es el error relativo porcentual del instrumento a fondo de escala y se define como. C% = (ΔX / Xmax) * 100 ΔX: Error absoluto del instrumento Xmax: Valor máximo de la escala del instrumento C: Clase del instrumento Por ejemplo un voltímetro clase 2 con un alcance (0 250V) no debe dar un error absoluto superior a 5V en ningún punto de la escala. C% = (ΔX / Xmax) * 100 -> ΔX = (C% * Xmax) / 100 ΔX = (2 * 250V) * 100 = 5V Así si el instrumento indica 200V, el valor verdadero de la tensión medida debe estar comprendido entre 195V y 205V. Valor verdadero = x +/- ΔX En este caso: Valor verdadero = (200 +/- 5)V Las clases pueden ser: Norma I.E.C Norma IRAM Según a quedado dicho, la clase de un instrumento de medida es el error relativo porcentual mínimo que el mismo puede cometer a fondo de escala. Si calculamos el error relativo porcentual de un instrumento de 250V C:2 en distintos puntos de la escala veremos que: C% = (ΔX / Xmax) * 100 -> ΔX = (C% * Xmax) / 100 ΔX = (2 * 250V) * 100 = 5V Er% = (ΔX / Vmedido) * 100

6 A 50V: Er% = (5V / 50V) * 100 = 10% A 100V: Er% = (5V / 100V) * 100 = 5% A 200V: Er% = (5V / 200V) * 100 = 2.5% A 250V: Er% = (5V / 250V) * 100 = 2% El error relativo a fondo de escala coincide con la clase del instrumento. El error relativo porcentual es mayor cuanto menor sea la indicación del instrumento, por eso se debe evitar hacer lecturas en cierta zona de la escala. Para que el error relativo porcentual sea lo mas pequeño posible hay que elegir la escala de forma tal que la indicación del instrumento este lo mas cerca posible del fondo de escala. Es conveniente utilizar el instrumento en el último tercio de la escala. Contraste de un instrumento. Contrastar un aparato de medida es verificar los errores de indicación de toda la escala. Para ello se comparan los valores del mismo con los de un aparato de precisión superior. Para evitar la influencia de los errores de lectura, se toman valores coincidentes con las divisiones marcadas en la escala del instrumento a contrastar, y se lee la que resulte en el aparato de precisión, pues en este ultimo, dichos errores son mucho menores. Símbolos e indicaciones sobre cuadrantes. a) Símbolos de información general Marca de la fabrica Numero de fabricación Modelo Unidad de medición b) Símbolos correspondientes al uso Sistema de motor Sistema de corriente Clase Posición de trabajo

7 Tensión de prueba de aislamiento Observaciones especiales Símbolos Sistema de motor Instrumento de hierro móvil Instrumento de bobina móvil e imán permanente Instrumento electrodinámico sin hierro Instrumento electrodinámico con hierro Sistema de corriente Instrumento de corriente continua Instrumento de corriente alterna Instrumento de ambas corrientes Posición de trabajo Posición de uso horizontal Posición de uso vertical Posición de uso inclinada (ejemplo 60) Tensión de prueba de aislamiento Tensión de aislamiento 2KV Observaciones especiales Atención no usar antes de consultar instrucciones especiales adjuntas Blindaje magnético Por ejemplo un amperímetro en proceso de verificación (instrumento a contrastar) acusa 4.5A y el amperímetro de

8 previsión superior (instrumento patrón) acusa 4.4A por lo tanto: ΔI = Ix Ip ΔI = 4.5A - 4.4A = 0.1A En la tarjeta de contraste agregada al instrumento figuran los errores absolutos calculados durante el contraste. Estos datos sirven para hacer las correcciones pertinentes cuando se efectúan mediciones mediante este instrumento. La corrección tiene el valor igual que el error pero de signo contrario. Ip = 4.5A + (- 0.1A) = 4.4A Contraste de los instrumentos (factor de escala) K = alcance del instrumento / numero total de divisiones de la escala K: constante de los instrumentos α: numero de divisiones En un amperímetro con 1A a fondo de escala y 50 divisiones, con la aguja detenida el la división 35: K = 1A / 50Div = 0.02A/Div I = K * α = 0.02A/Div * 35Div = 0.7A En un voltímetro con 300V a fondo de escala y 60 divisiones, con la aguja detenida el la división 36: K = 300V / 60Div = 5V/Div V = K * α = 5V/Div * 36Div = 180V En un vatímetro con alcance V = 240V, alcance I = 0.2A, 120 divisiones y Cosφ = 0.2: K = (alcancev * alacancei * Cosφ) / Numero total de divisiones K = (240V * 0.2A * 0.2) / 120 = 0.08W/Div