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