En los mtodos de medida se aprovechan determinadas propiedades o efectos del objeto de la medicin, para relacionar, mediante un equipo de medida apropiado, la magnitud correspondiente con una unidad definida, o con un valor prefijado. El equipo de medida es el conjunto de todos aquellos componentes con los que se realiza un mtodo de medida basado en un principio determinado. Cuando el equipo consta de una sola unidad, se le denomina instrumento de medida; sin embargo, tambin se designan como instrumento de medida a aquellas partes de un equipo que son determinantes para las propiedades de medicin (patrones de medida, transformadores de corriente, amplificadores). Los restantes componentes de un equipo de medida, que no tienen influencia en las propiedades de medicin, reciben el nombre de aparatos auxiliares o accesorios (fuentes de energa, elementos de ajuste, elementos de unin elctrica, amplificadores de valor cero, etc.)

Los elementos de una instalacin o equipo de medida que pueden ser identificados por la funcin que cumplen (transductores, detectores, elementos de transformaci6n y elaboracin, emisores) no siempre forman componentes propios de aparatos.

Los instrumentos bsicos de medidas elctricas son:

Galvanmetro: instrumento detector de cero seal Ampermetro: medidor de corriente elctrica Voltmetro: medidor de diferencia de potencial Wttmetro: Medidor de potencia activa Medidor de energa Cosenofmetro: medidor de factor de potencia Secuencmetro: indicador de secuencia de fases en sistema trifsico Frecuencmetro: medidor de frecuencia de seal alterna Osciloscopio: visualizador de onda y medidor de diferencia de potencial Circuitos puente: medidores de parmetros de resistencia, capacitancia e inductancia2. Instrumentos analgicos

2.1 Instrumentos de imn permanente y bobina mvil

Los instrumentos de imn permanente y bobina mvil (I.P.B.M.), conocidos tambin como tipo dArsonval, son los ms usados en medidas de corriente continua, como voltmetros y ampermetros; se caracterizan por ser fcilmente transportables, su calibracin es casi permanente y su uso es sencillo.

El instrumento se compone de una bobina mvil formada por un gran nmero de espiras de alambre muy delgado, la que puede girar dentro del entrehierro de un imn permanente. La suspensin de este sistema mvil es, generalmente, de eje y dos descansos. Cuando la bobina es recorrida por una corriente, se produce sobre ella un torque deflectante que tiende a hacerla girar en contra de un torque resistente que se obtiene usualmente por torsin de un resorte espiral. Entonces puede suponerse que el torque resistente es proporcional al ngulo de torsin del resorte; en la prctica, los resortes en espiral suelen aprovecharse para conducir la corriente a travs de la bobina mvil.

Figura 1 Instrumento de imn permanente y bobina mvil

OS CONDUCTIVIMETROSLos conductmetros son los aparatos utilizados para medir la conductividad. Bsicamente los conductmetros son instrumentos compuestos por dos placas de un material especial (platino, titanio, nquel recubierto con oro, grafito, etc.), una fuente alimentadora y un sector o escala de medicin. Aplicada una diferencia de potencial entre las placas del conductmetro, este mide la cantidad de corriente que como consecuencia pasa por ellasCon los valores del voltaje aplicado y con la intensidad elctrica de la corriente que pasa por las placas, los conductmetros determinan, de acuerdo a su previa calibracin, la conductividad de la muestra ensayada.Hay muchos tipos de conductmetros y los valores de la conductividad son dependientes de la geometra de la celda de cada aparato. Es por ello que cada uno realmente mide una conductividad especfica la cual es el producto de la conductividad realmente medida multiplicada por la constante de la celda del

mismo. Esta constante es la relacin que hay entre la distancia a la cual se encuentran sus placas y la superficie de las mismas.La medicin de la conductividad tambin es dependiente de la temperatura de la muestra durante el ensayo. Es por ello que la mayora de estos conductmetros tienen compensadores automticos de temperatura. Otras dependencias de la conductividad elctrica no son relevantes para su consideracin en trabajos de hidropona.Un conductmetro es un aparato que mide la resistencia que ejerce el volumen de una disolucin encerrado entre los dos electrodos.Las funciones de este instrumento se han diseado para maximizar la productividad en el trabajo. En su forma independiente, el instrumento ya ofrece muchas funciones, sin embargo, conectando perifricos se puede obtener una mayor eficiencia y flexibilidad.Usos y aplicaciones de los conductmetrosEste medidor universal y de excelente diseo es la opcin perfecta para una amplia gama de aplicaciones a un precio realmente interesante, pues se puede utilizar en:- Medicin de conductividad- Medicin de salinidad- Medicin de resistividad- Medicin del total de slidos disueltos- Medicin de la ceniza conductimtric

nstrumento empleado para medir el pH de una disolucin. Aunque el diseo y la sensibilidad de los pHmetros es variable, sus componentes esenciales son un electrodo de vidrio, un electrodo de referencia y un voltmetro calibrado para poder leer directamente en unidades de pH.

El electrodo de vidrio se basa en una propiedad singular de una fina membrana de un vidrio especial, que hace que se establezca un potencial a travs de la membrana cuando ambos lados de la misma se hallan en contacto con disoluciones en las que las concentraciones de iones hidrgeno son diferentes. Durante su utilizacin, todo el electrodo se sumerge en la disolucin de pH desconocido y as la membrana se halla en contacto con dos disoluciones, una de pH conocido y otra desconocido.

Como electrodo de referencia se emplea, generalmente, un electrodo de calomelanos que, junto con el electrodo de vidrio, constituye una clula electroqumica representada por:

Ag|AgCl,HCl(0,1 M)|membrana de vidrio||Hg2Cl2,KCl|Hg

disolucin de pH desconocido

La disposicin es tal que la diferencia de potencial medida por el voltmetro se debe solamente a la diferencia de las concentraciones de ion hidrgeno en las dos disoluciones.

Como Construir un Conductivmetro

Por: Felipe Caldern Senz.Dr. Caldern Laboratorios, Junio 29 de 2005www.drcalderonlabs.comAvda. 13 No. 87-81 Bogot D.C., Colombia S.A.calderon@drcalderonlabs.comInvestigacin Previa.Para construir un Conductivmetro es necesario realizar una investigacin previa con el fin de determinar la naturaleza de la variable que vamos a medir, con que la vamos a medir, en donde vamos a visualizar la medida, en que rango va a trabajar nuestro aparato y todas aquellas variables que van a afectar nuestro entorno de medicin.

Colocando a puntolos componentes, la Fuente, el Display, el Circuito, Los Electrodos.Luego es necesario escoger los componentes que vamos a utilizar, tales como las Fuentes, el Display, los Electrodos, el Circuito y hasta la caja que va a contener los componentes y que le va a dar cuerpo a nuestro proyecto.

Primeros ensayos.Se debe luego establecer la idea de un circuito de medicin y realizar las primeras verificaciones con el fin de comprobar la idea inicial.

Comprobacin del electrodo

El pulimento de los electrodos debe ser perfecto para evitar variaciones en su superficie y que esta sea de tamao constante y predecible. Esto permite construir electrodos con una constante de Celda verdaderamente constante.

Preparacin de Soluciones de CalibracinStandard.Se prepara una serie de patrones o soluciones Standard de Conductividad Elctrica conocida partiendo de Cloruro de Potasio (KCl). Esto es necesario con el fin de verificar la linealidad del instrumento y obtener a su vez la curva (recta) de calibracin.

Conductividad Elctrica de Soluciones de KCLmg/lt de KClC.E. uS/cma 25CFrmulaExponencialDesviacin de la Frmulacon respecto a la Tabla; %

7.45514.9417.113.7

37.2873.979.77.8

74.55147154.95.4

170333341.92.7

345666674.51.3

372.75717.8726.61.2

52010001000.10.0

70013331330.4-0.2

745.514131413.30.0

88016661657.3-0.5

106020001981.5-0.9

124023332303.5-1.3

143026662641.3-0.9

149127672749.4-0.6

162530002986.2-0.5

180033303294.3-1.1

3727.566686626.1-0.6

74551290012889.8-0.1

372755864060430.73.1

74550111900117556.55.1

AOAC Official Method 973.40 and Table 973.40BNota: Los valores resaltados dentro de las dos primeras columnas corresponden a los valores originales declarados en la tabla de la AOAC. Los otros valores fueron obtenidos por el autor mediante interpolacin de dicha tabla. La tercera columna fue obtenida por el autor mediante la formula emprica:CE = 2.47 x Conc. KCl ^0.96 @ 25C

La ultima columna muestra el grado de ajuste en porcentaje de los valores obtenidos con dicha frmula con respecto a los valores originales de la Tabla. Como puede observarse, para Conductividades comprendidas entre 0.666 y 12.9 mmhos/cm la desviacin es menor de 1.3%Esta ultima frmula puede ser usada para calcular la Conductividad de dicha solucin a 25 C y obtener la escala de patrones necesarios para la calibracin de los equipos.Polarizacin.Para poder medir la Conductividad Elctrica, es necesario evitar la polarizacin del electrodo. Cuando un electrodo sumergido en una soulcin electroltica se excita mediante una corriente continua, como resultado se produce electrlisis y se desprenden burbujas de gases (Hidrgeno en el ctodo y Oxgeno en el nodo). Es necesario ajustar las caractersticas de la excitacin en cuanto a voltaje, frecuencia y forma de onda para evitar la electrlisis.

Unbuen conductivmetro, no debe generar burbujas entre la solucin y los electrodos, para evitar la perdida de contacto que esto ocasiona.Es necesario mantener el voltaje bajo con el fin de evitar el calentamiento de la solucin a medir ya que la temperatura afecta la conductividad elctrica. En nuestro caso nos limitamos a un Vpico de 2.4 V.

Algunos de los conductivmetros mas antiguos como el "Beckman Solubridge" RD-B15 operan a 60 Hz.

FrecuenciaCon el fin de decidir cual deba ser la frecuenca de operacin se estudi la frecuencia de oscilacin de varios conductivmetros comerciales:Para estudiar esta frecuencia se utiliz el programa Winscope 2.51 diseado por Konstantin Zeldovich, el cual permite utilizar como entrada la tarjeta de sonido del computador y adems hace la Transformada Rpida de Fourier y nos indica la frecuencia de la Onda.Algunas de las frecuencias obtenidas fueron las siguientes:

En conclusin la muestra de conductivmetros ensayados arroj las siguientes frecuencias dominantes, algunos con seales sinusoidales relativamente puras otros con seales cuadradas algo ruidosas.Frecuencia Nominal; HzFrecuencia Observada; Hz

Conductivmetro Beckman Solubridge6059.5

Conductivmetro Beckman Solubridge RD-B156061

Conductivmetro DIST WP-4N.D2696.1

Conductivmetro TDS-1N.D.7680.8

Conductivmetro TDS Test-4N.D.3197.2

Conductivmetro Metrohm 660 a 2 kHz20001866.9

Conductivmetro Metrohm 660 a 300 Hz300316.1

Conductivmetro Schott Gerate CG-857N.D.941.9

Se decidi entonces disear un prototipo que operase alrededor de 1200 Hz.Forma de la OndaLa forma de la onda fue necesario investigar con el fin de conocer como es en la mayora de los conductivmetros comerciales.El Conductivmetro Beckman Solubridge utiliza onda Cuadrada completamente simtrica.

El Conductivmetro Beckman Solubridge Ref RD-B15 utiliza onda Cuadrada altamente simtrica.

El Conductivmetro Metrohm Mod. 660, operando a 300 Hz utiliza una onda trapezoidal completamente simtrica.

El Conductivmetro Metrohm Mod. 660, operando a 2000 Hz utiliza una onda casi sinusoidal, completamente simtrica.

El Conductivmetro TDS Testr 4, operando a 3200 Hz utiliza una onda Trapezoidal, en este caso, completamente asimtrica.

El Conductivmetro Dist WP 4 operando a 2600 Hz utiliza una Onda triangular con ligeras irregularidades.

El Conductivmetro TDS 1 operando a 7700-7800 Hz utiliza una Onda triangular con ligeras irregularidades.

El Conductivmetro Schott Geratte operando a 944.5 Hz utiliza una onda cuadrada ligeramente trapezoidal y con pequeas irregularidades.

Una vez analizados las anteriores formas de onda y decidida la frecuencia de oscilacin, el paso siguiente fue escoger el tipo de oscilador necesario para lograr este tipo de onda. El primer oscilador ensayado fue un oscilador de tipo astable consistente de cuatro resistencias, dos condensadores y dos transistores tal como el que puede verse en la figura anexa.

Este oscilador result un poco ruidoso. Posteriormente fue reemplazado por otro a base de un amplificador operacional, mas estable y menos ruidoso. Este fue el siguiente:

El primer prototipo diseado tuvo la siguiente forma de onda y la siguiente frecuencia:En teora:

En la prctica:Forna de Onda del Prototipo LabC No. 1

Frecuencia de operacin del Prototipo LabC No. 1 Se dise para operar a 1111 Hz y en la medicin con Winscope 2.51 arroj 1087.1 Hz.

Posteriormente fue necesario agregarle un Booster ya que la corriente que podia enviar al amplificador operacional era muy pequea ( < 35 mA) y cuando la Conductividad elctrica del lquido que se estaba midiendo era alta, el voltaje de excitacin se caia.En el siguiente diagrama de bloques podemos ver como qued conformado nuestro conductivmetro.

El Ajuste de Nivel se utiliz con el fin de regular el voltaje de la excitacin a un voltaje pico de 2.41 V. Esto por una parte cumple la funcin de eveitar la electrolisis al mantener un voltaje bajo y a la vez permite calcular la Conductividad elctrica mediante la medicin directa de la corriente que circula por la solucin, a hacer uso de la ecuacin:CE = I/V x Cte de Celda

Haciendo numricamente V = Cte de Celda, entonces la Conductividad elctrica CE se hace numricamente igual a I.

El diagrama elctrico del conductivmetro qued de la siguiente manera:

Para medir la Conductividad de una solucin, hacemos pasar la onda de excitacin por el electrodo. Este acta como una resistencia (en el diagrama Rval), a menor conductividad, mayor resistencia. Luego la hacemos pasar por una resistencia de medicin (Rmed en este plano R7), de 10 ohmios y medimos el Voltaje encima de Rmed el cual es directamente proporcional a la corriente Imed, la cual a su vez es directamente proporcional a la Conductividad Elctrica de la soluciin que pretendemos medir. Para medir este voltaje primero hacemos una amplificacin por un factor de 51, luego hacemos un "Colgado" de la onda, esto es lo siguiente:

Como se puede observar, lo que se hace es subir la onda hasta que su parte inferior quede sobre el nivel del Cero.Luego viene el "aplanado", el cual se logra mediante una serie de tres resistencias y tres condensadores, los cuales hacen lo siguiente:

Finalmente vienen unos divisores de voltaje que lo que hacen es: primero adecuar la escala de lectura a la del voltmetro-Display y segundo adecuar la seal de salida para entrar eventualmente a un sistema de control estandarizado en 0-5 VDC.Finalmente lo que obtenemos es lo siguiente:Placa del circuito Impreso. Incluye dos fuentes. Una sencilla de 0-8VDC para el Display y otra dual simtrica de: +18: 0: -18 VDC para el circuito.

Conductivmetro LabC, Ref 00903 TerminadoElectrodo, Caja de Lectura y Solucin de Calibracin..

-------------------------------------------------------------------------------Fin-----Dr. Calderon Labs.