domingo, 22 de mayo de 2011

La Báscula


La báscula (del francés bascule) es un aparato que sirve para pesar;1 esto es, para determinar el peso (básculas con muelle elástico), o la masa de los cuerpos (básculas con contrapeso).2
Normalmente una báscula tiene una plataforma horizontal sobre la que se coloca el objeto que se quiere pesar. Dado que, a diferencia de una romana, no es necesario colgar el objeto a medir de ganchos ni platos, resulta más fácil pesar cuerpos grandes y pesados encima de la plataforma, lo que hizo posible construir básculas con una capacidad de peso muy grande, como las utilizadas para pesar camiones de gran tonelaje.















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La Báscula


La báscula (del francés bascule) es un aparato que sirve para pesar;1 esto es, para determinar el peso (básculas con muelle elástico), o la masa de los cuerpos (básculas con contrapeso).2
Normalmente una báscula tiene una plataforma horizontal sobre la que se coloca el objeto que se quiere pesar. Dado que, a diferencia de una romana, no es necesario colgar el objeto a medir de ganchos ni platos, resulta más fácil pesar cuerpos grandes y pesados encima de la plataforma, lo que hizo posible construir básculas con una capacidad de peso muy grande, como las utilizadas para pesar camiones de gran tonelaje.















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La balanza

La balanza (del latín: bis, dos, lanx, plato) es una palanca de primer género de brazos iguales que mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos permite medir masas. 


Al igual que una romana, o una báscula, es un instrumento de medición que permite medir la masa de un objeto.


Para realizar las mediciones se utilizan patrones de masa cuyo grado de exactitud depende de la precisión del instrumento. Al igual que en una romana, pero a diferencia de una báscula o un dinamómetro, los resultados de las mediciones no varían con la magnitud de la aceleración de la gravedad.


El rango de medida y precisión de una balanza puede variar desde varios kilogramos (con precisión de gramos), en balanzas industriales y comerciales; hasta unos gramos (con precisión de miligramos) en balanzas de laboratorio.











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Masa

La masa, en física, es la cantidad de materia de un cuerpo.1 Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional.


La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una cantidad vectorial que representa una fuerza.





















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Tipos de Termopares



  • Tipo K (Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleación de Ni -Al) Alumel): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200º C a +1.372º C y una sensibilidad 41µV/° C aprox. Posee buena resistencia a la oxidación.
  • Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/° C.
  • Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760º C ya que una abrupta transformación magnética causa un desajuste permanente. Tienen un rango de -40º C a +750º C y una sensibilidad de ~52 µV/° C. Es afectado por la corrosión.
  • Tipo T (Cobre / Constantán): ideales para mediciones entre -200 y 260 °C. Resisten atmósferas húmedas, reductoras y oxidantes y son aplicables en criogenia. El tipo termopares de T tiene una sensibilidad de cerca de 43 µV/°C.
  • Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/° C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300º C).
  • Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800º C. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0º C y 42º C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando así su uso a temperaturas por encima de 50º C.
  • Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.300º C. Su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su elevado precio quitan su atractivo.
  • Tipo S (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300º C, pero su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43° C).
Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar.

















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Termopar

Un termopar (tambien llamado termocupla) es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia.


En Instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener.


El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefacción a gas.





















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Medidor de Temperatura

SENSOR DE TEMPERATURA


LM335


Trabaja como un diodo zener cuyo voltaje de ruptura es directamente proporcional la temperatura que llegue a la superficie. Por cada grado de temperatura, el LM335 varía su voltaje en mV, presentando teóricamente una lectura de 0V. a 0 ºK. (-273ºC). En nuestra práctica, este circuito trabajará entre -25 y +75ºC.


Para conseguir 10 mV. con este circuito, tenemos que tener en cuenta que le sensor por sí sólo , en su estado básico, nos proporciona 10mV/ºK. Por ello deberemos estudiar el paso de ºK. a ºC:


Tomamos como referencia: 0ºC -- 273 ºK. ; 27ºC-- 300ºK.


Por esta razón, escogemos de entre los múltiples circuitos que nos proporciona la documentación de National, este modelo.


Escogemos este tipo de circuito porque nos permite ajustar fácilmente mediante potenciómetros, para obtener así a la salida 10 mV/ºC. Sólo cambiaremos del circuito obtenido en la documentación de National el amplificador operacional. Cambiamos pues, el LF308, por el LM324,integrado que cuenta en su interior con cuatro amplificadores operacionales que utilizaremos más adelante.


Para realizar el ajuste, levantaremos la patilla correspondiente al ánodo del sensor, dejándole así fuera de circuito, o bien levantaremos a patilla de la resistencia de 18k, e introduciremos por ella 27,3V, que es la tensión equivalente a 0ºC. Colocaremos la sonda del voltímetro a la salida y mediante potenciómetros ajustaremos el valor de la salida a 0V, que es el valor correspondiente en centígrados a 0º, y a kelvin 273º 27,3 V. Porque 10 mV equivalen a un ºK.


El sensor ya estará ajustado a 10 mV/ºC. El operacional es realimentado negativamente. El circuito conectado a la entrada positiva del operacional nos sirve de referencia para la entrada negativa, que es la entrada que varía respecto a la temperatura


En esta etapa, lo que nos interesa es ajustar los niveles de voltaje entre los que puede oscilar, para que la respuesta de sensor sea entre -25ºC y +75ºC. Para ello estudiaremos las características de la propia señal a la salida del sensor y la alimentación a la que está sometida.


Antes de la alimentación a la que está sometida la señal, nos interesaría que el valor de esta fuese


De donde deducimos


Sabiendo que


Obtenemos que la Vo oscilará entre los valores de


Por lo que los valores de la Vm que recogerá posteriormente el sample & hold serán:


SAMPLE & HOLD


LF398


Circuito de muestro de una señal analógica cualquiera. Es útil para darnos a conocer las tensiones existentes de una señal alterna en unos instantes determinados. Es un circuito de muestreo - retención, es decir, va muestreando una señal y periódicamente mantiene la salida al mismo nivel.


Todo esto es controlado por una señal que debemos introducir. Es la señal de control. Esta señal suele ser una señal cuadrada, que se utilizará para controlar internamente el circuito integrado. Para la práctica del termómetro digital obtendremos la señal de control a partir de un 555 en modo astable. Dependiendo de la frecuencia de la señal cuadrada que le apliquemos, el integrado trabajará con más o menos frecuencia.


Esta señal de control, lo que en realidad controla es un interruptor, que se activa o desactiva dependiendo del estado de la señal de control (alto o bajo). Este interruptor está conectado a un condenador y a un amplificador operacional. El condensador a su vez está unido a tierra. Esto provoca la siguiente reacción:


Cuando el interruptor crea un circuito cerrado, el condensador se queda cargado a la última tensión que recibió. Este es el estado sample


Cuando el interruptor está abierto, el condensador se descarga, incidiendo ese mismo nivel de tensión al amplificador operacional hasta que el interruptor vuelva a ser cerrado y comience de nuevo con la carga del condensador. Este es el estado hold.


Internamente cabe destacar la presencia de dos diodos en paralelo polarizados uno en cada sentido. Esto es para evitar la saturación del operacional al realimentarlo, al evitar que actúen los dos diodos a la vez, alternándose así cuado se alcanza la tensión de saturación.


En el circuito de la práctica, el integrado entrará en sample cuado Vs/h - Vref >1,4V.


De este mismo modo, el circuito entrará en hold cuando Vs/h -Vref <1,4V.


Esto lo realiza mediante un comparador par activar o no el interruptor.


Sample & hold ayuda notablemente al ADC a interpretar mejor la señal al mantener la muestra de la señal analógica durante un determinado tiempo (retención), a una frecuencia conocida.


OSCILADOR ASTABLE


LM555


Es un circuito integrado que integrado que incorpora dentro de sí dos comparadores de voltaje, un flip flop, una etapa de salida de corriente, un divisor de tensión y un transistor de descarga.


Dependiendo de cómo se interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible conseguir que dicho circuito realice un gran número de funciones tales como las del multivibrador astable y la del circuito monoestable.


Los circuitos multivibradores son utilizados para generar ondas digitales de forma continua o discontinua controlada por una fuente externa. Un multivibrador astable es un oscilador cuya salida varia entre dos niveles de voltaje a una razón determinada por el circuito RC. Un multivibrador monoestable produce un pulso que comienza cuando el circuito recibe la señal de disparo. La duración del pulso también es controlado por el circuito RC.


Dependiendo de las señales que se aplican desde el exterior se pueden lograr que los comparadores cambien de estado a diferentes niveles de voltaje, lo cual provoca que el flip flop cambie de estado de estado de salida y/o active el transistor de descarga.


Pines del integrado:


Tierra


Disparo. Aplicando un voltaje menor que 1/3 Vcc el comparador cambia de estado, hace set al flip flop y este a su vez hace que el voltaje sea alto. Cuando el voltaje de salida está alto, el transistor de descarga está a 0.


Salida.


Preset. Aplicando un voltaje bajo se consigue interrumpir el intervalo temporizador.


Voltaje de control. El voltaje conectado este terminal varía los valores de referencia 2/3 Vcc y 1/3 de Vcc de los comparadores del circuito.


Umbral. Cuando se le aplica un voltaje mayor que 2/3 Vcc se hace reset del flip flop haciendo así el voltaje de salida bajo. Cuando el Vo de salida está bajo el transistor de descarga está ON.


Transistor de descarga. Cuando se activa este transistor hay un paso de baja resistencia entre 1 y 7.


Vcc


La señal que queremos obtener para introducirla al sample & hold se trata de una señal de onda cuadrada, con una frecuencia de aproximadamente 1 Khz.


Por esto, utilizaremos un montaje astable del 555.


El montaje astable tiene de particular que todos sus estados son metaestables. Los estados metaestables son aquellos en los que con el transcurso del tiempo y dependiendo de sus valores (en este caso de carga y descarga del condensador por acción del transistor) cambian de estado. Con esto obtendremos una señal cuadrada, ya que independientemente de cual sea su entrada (0 o 1), este valor irá cambiando con tanta frecuencia cómo le indiquemos mediante tensiones que le proporcionemos mediante componentes externos. Para calcular los valores de los componentes externos primero estudiaremos el funcionamiento interno del montaje astable.


DECODIFICADOR ANALÓGICO DIGITAL


ADC 0804


El convertidor analógico - digital en esta práctica nos va a ser útil para conseguir a partir de la señal que nos proporciona el sensor, convertirla en un valor digital. El valor digital obtenido se llevará hasta una memoria programable que nos indicará mediante unos displays el valor de temperatura correspondiente a ese valor digital.


El funcionamiento del ADC se basa en la resta de sus terminales Vin+ y Vin-. La tensión que obtenemos, la traduce a un valor digital.


Por esta razón, para una Vin- igual o mayor que Vin+, obtendremos a la salida el valor 0000000, pudiendo así fijar el punto donde queremos que empiece la cuenta.


Para dar a conocer al circuito cuál será el ultimo valor que puede alcanzar, éste cuenta con la patilla Vref/2. En esta patilla debemos introducir la mitad de la tensión de referencia que necesitemos en cada circuito. La tensión de referencia es la diferencia de potencial entre la Vin+ y la Vin-, es decir, la resta de los voltajes de estas dos patillas.


Estos circuitos necesitan una entrada de reloj para que coordinen la transformación analógica - digital. Cuanta mayor sea la frecuencia de las pulsaciones del reloj, y cuanto mayor número de bits de salida tenga el integrado, mayor será la precisión de la conversión..


En la práctica calcularemos los valores del siguiente modo:


Sabiendo que la tensión proveniente del sensor tendrá valores de entre 1V. y 5V. (Vin+), ajustaremos el valor de la entrada negativa (Vin-) a 1 V. De este modo obtendremos a la salida el valor 0000000 cuando la tensión proveniente del sensor sea 1. (la mas baja posible, -25ºC.)


Como la señal de entrada puede variar entre 1 y 5 voltios, la diferencia de potencial entre estas dos patillas puede llegar a ser de 4 voltio. Este es el valor de la tensión de referencia por lo que en Vref/2 deberemos introducir una tensión igual a la mitad de la tensión de referencia, es decir, 2 voltios.


Las demás patillas las conduciremos a tierra o a componentes externos de acuerdo con el esquema proporcionado en la documentación sobre el proyecto del termómetro digital.


Como en Vin- tenemos que introducir una tensión de 1 voltio, crearemos un circuito que nos proporcione dicha tensión. Este circuito estará compuesto por un potenciómetro de 1k alimentado a 5 voltios y con una de sus patillas a tierra. La patilla restante del potenciómetro la ajustaremos al valor de 1 voltio y una vez realizada ésta operación la conectaremos a Vin-.


En Vref/2 es necesario introducir 2 voltios. Elegimos el siguiente circuito de entre los ejemplos existentes proporcionados en la documentación de National sobre el ADC, ya que es un circuito fiable, es decir, que está diseñado para que no sufra variaciones, y porque es fácilmente ajustable.















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Temperatura

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" que otro puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que tiene una temperatura menor. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica.


Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía sensible de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.


En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).


Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificación de la actividad molecular de la materia.


El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.


Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.


La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. 


En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. 


También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.



















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La presión

Presión Absoluta


Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Ester termino se creo debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un termino absoluto unifica criterios.


Presión Atmosférica


El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), ,disminuyendo estos valores con la altitud.


Presión Manométrica


Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.


La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.


Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.



















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Presión

En física, la presión (símbolo p)1 2 es una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.


En el Sistema Internacional la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado. En el Sistema Inglés la presión se mide en una unidad derivada que se denomina libra por pulgada cuadrada (pound per square inch) psi que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.



















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Termohigrómetro

Un termohigrómetro Instrumento para medir la temperatura y la humedad del ambiente o de una superficie.

Un higrómetro es un instrumento que se usa para medir el grado de humedad del aire, del suelo, de las plantas o humedad, dando una indicación cualitativa de la humedad ambiental.






























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Humedad ambiental

La humedad ambiental se refiere la presencia de vapor de agua en el aire. Aunque casi siempre se piensa en la atmósfera simplemente como una masa de aire, lo cierto es que el vapor de agua juega un papel muy importante en su composición, incluso en las zonas áridas. Por otro lado, es común que cuando se habla del confort humano lo primero que venga a la mente es la temperatura del aire. Aunque ese parámetro es importante, la humedad ambiental también influye de manera determinante.
El nivel de humedad en un sitio depende de diversos factores, entre los que se encuentran la composición de las masas de aire que llegan a él por medio del viento, la disponibilidad de cuerpos de agua y masas vegetales, el régimen de precipitaciones, las tasas de evaporación y las temperaturas promedio del aire. Existen diversos parámetros empleados para medir la humedad ambiental, entre los que se encuentran la humedad absoluta, la humedad relativa y la presión de vapor.





















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Humedad

Se denomina humedad ambiental a la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Se puede expresar de forma absoluta mediante la humedad absoluta, o de forma relativa mediante la humedad relativa o grado de humedad. La humedad relativa es la relación porcentual entre la cantidad de vapor de agua real que contiene el aire y la que necesitaría contener para saturarse a idéntica temperatura, por ejemplo, una humedad relativa del 70% quiere decir que de la totalidad de vapor de agua (el 100%) que podría contener el aire a esta temperatura, solo tiene el 70%.





































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