Presentado Por: Yuliana Alexandra Ortiz Buitrago

Presentado A: Lic. Fernando Jiménez

2.2 Utilizo instrumentos tecnológicos para realizar mediciones e identifico algunas fuentes de error en dichas mediciones.

Veremos como el ser humano ha utilizado los instrumentos tecnológicos en la medición y los errores que han hecho al efectuar la medición o al crearlos mal. Primero miremos que son instrumentos de medición:

Instrumentos De medición: En física, química e ingeniería, un instrumento de medición es un aparato que se usa para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición. Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estándares o patrones y de la medición resulta un número que es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta conversión.

Características de un instrumento : Las características importantes de un instrumento de medida son: precisión, exactitud, apreciación y la sensibilidad según las siguientes definiciones:

Sensibilidad: es la relación de desplazamiento entre el indicador de la medida y la medida real.

Apreciación: Es la medida más pequeña que es perceptible en un instrumento de medida.

Exactitud: es la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real.

Precisión: es la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones.

Tipos de mediciones que hace el instrumento: Se utilizan una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo mediciones de las diferentes magnitudes físicas que existen. Desde objetos sencillos como reglas y cronómetros hasta microscopios electrónicos y aceleradores de partículas. A continuación se indican algunos instrumentos de medición existentes en función de la magnitud que miden.

• Para medir tiempo: calendario, cronómetro ,reloj ,reloj atómico, datación radiométrica

• Para medir masa: balanza ,báscula espectrómetro de masa, catarómetro

• Para medir longitud: Cinta métrica ,Regla graduada ,Calibre ,vernier micrómetro, reloj comparador, interferómetro, odómetro

• Para medir ángulos: goniómetro, sextante ,transportador

• Para medir temperatura: termómetro, termopar ,pirómetro

Para medir presión: Barómetro ,manómetro ,tubo de Pitot

Para medir velocidad: Tubo de Pitot(propiamente desarrollado para determinar la presión),velocímetro, anemómetro (Para medir la velocidad del viento),tacómetro (Para medir velocidad de giro de un eje)

Para medir propiedades eléctricas: Electrómetro (mide la carga)amperímetro (mide la corriente eléctrica),galvanómetro (mide la corriente),óhmetro (mide la resistencia),voltímetro (mide la tensión),vatímetro (mide la potencia eléctrica),multímetro (mide todos los valores anteriores),puente de Wheatstone,osciloscopio

Para medir volúmenes: Pipeta, Proveta ,Bureta ,Matraz aforado

Para medir otras magnitudes: Caudal metro (utilizado para medir caudal),Colorímetro ,Espectroscopio ,Microscopio ,Espectrómetro ,Contador geiger, Radiómetro de Nichols , Sismógrafo, pH metro (mide el pH),Pirheliómetro, Luxómetro (mide el nivel de iluminación),Sonómetro (mide niveles de presión sonora),Dinamómetro (mide la fuerza)

TIPOS DE ERRORES EN MEDICIONES

Error aleatorio : No se conocen las leyes o mecanismos que lo causan por su excesiva complejidad o por su pequeña influencia en el resultado final.

Para conocer este tipo de errores primero debemos de realizar un muestreo de medidas. Con los datos de las sucesivas medidas podemos calcular su media y la desviación típica muestras. Con estos parámetros se puede        obtener la Distribución normal característica, N[μ, s], y la podemos acotar para un nivel de confianza dado

Las medidas entran dentro de la campana con unos márgenes determinados para un nivel de confianza que suele establecerse entre el 95% y el 98%.

Error sistemático : Permanecen constantes en valor absoluto y en el signo al medir una magnitud en las mismas condiciones, y se conocen las leyes que lo causan. Para determinar un error sistemático se deben de realizar una serie de medidas sobre una magnitud Xo, se debe de calcular la media aritmética de estas medidas y después hallar la diferencia entre la media y la magnitud X0.Error sistemático = | media - X0 |

Causas de errores de medición: Aunque es imposible conocer todas las causas del error es conveniente conocer todas las causas importantes y tener una idea que permita evaluar los errores mas frecuentes. Las principales causas que producen errores se pueden clasificar en:

Error debido al instrumento de medida.Error debido al operador.Error debido a los factores ambientales.Error debido a las tolerancias geométricas de la propia pieza

Errores debidos al instrumento de medida: Cualquiera que sea la precisión del diseño y fabricación de un instrumento presentan siempre imperfecciones. A estas, con el paso del tiempo, les tenemos que sumar las imperfecciones por desgaste.

Error de alineación.Error de diseño y fabricación.Error por desgaste del instrumento. Debido a este tipo de errores se tienen que realizar verificaciones periódicas para comprobar si se mantiene dentro de unas especificaciones.

Error por precisión y forma de los contactos

Errores debidos al operador: El operador influye en los resultados de una medición por la imperfección de sus sentidos así como por la habilidad que posee para efectuar las medidas. Las tendencias existentes para evitar estas causas de errores son la utilización de instrumentos de medida en los que elimina al máximo la intervención del operador.

Error de mal posicionamiento. Ocurre cuando no se coloca la pieza adecuadamente alineada con el instrumento de medida o cuando con pequeños instrumentos manuales se miden piezas grandes en relación de tamaño. Otro ejemplo es cuando se coloca el aparato de medida con un cierto ángulo respecto a la dimensión real que se desea medir.

Error de lectura y paralelaje :Cuando los instrumentos de medida no tienen lectura digital se obtiene la medida mediante la comparación de escalas a diferentes planos. Este hecho puede inducir a lecturas con errores de apreciación, interpolación, coincidencia, etc. Por otra parte si la mirada del operador no esta situada totalmente perpendicular al plano de escala aparecen errores de paralelaje.

• Errores que no admiten tratamiento matemático: Error por fatiga o cansancio.

Errores debidos a los factores ambientales :El más destacado y estudiado es el efecto de la temperatura en los metales dado que su influencia es muy fuerte.

Error por variación de temperatura :Los objetos metálicos se dilatan cuando aumenta la temperatura y se contraen al enfriarse. Este hecho se modeliza de la siguiente forma.Variación de longitud = Coeficiente de dilatación específico x longitud de la pieza x variación temperatura( ΔL = α.L.ΔT )

Otros agentes exteriores :Influyen mínimamente. Humedad, presión atmosférica, polvo y suciedad en general. También de origen mecánico, como las vibraciones.

• Errores debidos a las tolerancias geométricas de la propia pieza: Las superficies geométricas reales de una pieza implicadas en la medición de una cota deben presentar unas variaciones aceptables.

Errores de deformación. La pieza puede estar sometida a fuerzas en el momento de la medición por debajo del limite elástico tomando cierta deformación que desaparece cuando cesa la fuerza.

Errores de forma. Se puede estar midiendo un cilindro cuya forma aparentemente circular en su sección presente cierta forma oval.

Errores de estabilización o envejecimiento :Estas deformaciones provienen del cambio en la estructura interna del material. El Tempe de aceros, es decir, su enfriamiento rápido, permite que la fase autentica se transforme a fase martensítica  estable a temperatura ambiente. Estos cambios de geometría son muy poco conocidos pero igualmente tienen un impacto importante.

Las fuentes en GPS

La posición calculada por un receptor GPS requiere el instante actual, la posición del satélite y el retraso metido de la señal recibido. La precisión es dependiente en la posición y el retraso de la señal.Los errores en las electrónicas son una de las varias razones que perjudican la precisión.

El error del NAVSTAR-GPS se expresa como el producto de dos magnitudes, a saber:

v  UERE: es el error equivalente en distancia al usuario, se define como un vector sobre la línea vista entre el satélite y el usuario resultado de proyectar sobre ella todos los errores del sistema.

v  Este error es equivalente para todos los satélites.Ø  Se trata de un error cuadrático medio.

v  DOP (Dilución y Precisión): depende de la geometría de los    satélites en el momento del cálculo de la posición. No es lo mismo que los 4 satélites estén muy separados (mejor precisión) que los satélites están más próximos (menor precisión). El DOP se divide en varios términos:

 GDOP (Geométrica DOP), suministra una incertidumbre como consecuencia de la posición geométrica de los satélites y de la precisión temporal.

 

PDOP (Position DOP), incertidumbre en la posición debido únicamente a la posición geométrica de los satélites.

 HDOP (Horizontal DOP), incertidumbre en la posición horizontal que se nos da del usuario.

VDOP (Vertical DOP), suministra una información sobre la incertidumbre en la posición vertical del usuario.

Error del reloj del Satélite: Este error es el desfase que tiene el reloj del satélite respeto al Tiempo GPS o respecto  al Tiempo GLORIAS. Los satélites llevan relojes atómicos con osciladores de cesio o de rubidio, sin embargo ningún reloj, incluso el atómico es perfecto.

Los errores en los osciladores de los satélites pueden eliminarse mediante las correcciones enviadas en el mensaje de navegación que recibe el receptor, y que son calculadas y actualizadas por las estaciones de seguimiento. Para cada reloj de satélite se determina su desfase para una época inicial, y los coeficientes de la marcha o deriva del estado del reloj. Estos parámetros se graban en el correspondiente satélite y se incluyen en el mensaje de navegación que manda el satélite. Pero aunque el receptor aplique las correcciones para el error del reloj del satélite, sigue permaneciendo un pequeño error residual estimado en unos 10 nano segundos o menos, y que es debido a la imposibilidad de predecir exactamente la marcha del estado del reloj del satélite. 

Errores en los parámetros orbitales: Para calcularsu posición, el receptor debe conocer las posiciones de los satélites. Las estaciones de seguimiento registran datos de seudodistancia y medidas de fase que mandan a la Estación de Control principal, donde con un sofisticado software se predicen las futuras posiciones orbitales de los satélites, es decir sus efemérides

Éstas son transmitidas en el mensaje de navegación del satélite. Pero las efemérides transmitidas por los satélites tendrán asociado un error a causa de que es imposible predecir exactamente sus posiciones. El efecto del error de las efemérides transmitidas en la medida de la seudodistancia se obtiene proyectando el vector error de la posición del satélite sobre el vector que une el satélite y el receptor. Los errores en los parámetros orbitales se pueden eliminar trabajando con las efemérides precisas de los días de observación, donde aparecen las verdaderas posiciones de los satélites.

Para líneas base cortas, trabajando en modo diferencial con dos receptores, respecto a los mismos satélites de observación, podemos eliminar todos los errores relativos a los satélites, ya que  afectan de igual forma a ambos receptores.

Para líneas base largas, el error del reloj del satélite se elimina igual, ya que es independiente de la línea base e igual en ambos puntos, pero los errores en los parámetros orbitales no se eliminan del todo, porque los errores que provocan en la seudodistancia a un satélite en un punto no son los mismos que los que se producen en el otro punto para el mismo satélite e instante. El error depende de la orientación del vector error de la posición del satélite respecto de los vectores satélite-receptor para cada uno de los puntos

Instrumentos Que Se Utilizan Para La Medición :

El Boroscopio Inalámbrico De Alta Definición: Es un instrumento profesional para talleres de vehículos, trabajos de instalación, inspecciones y otros ámbitos en los que se necesita inspeccionar cavidades ,como la industria ,sectores biológicos para la contemplación de nidos, o también en el sector de la arqueología. Esta equipado con una pantalla digital inalámbrica esto le permite visualizar las imágenes en la pantalla TFT de 3,5¨.La pantalla se puede quitar y sin embargo seguir viendo la imagen en la pantalla gracias a la conexión inalámbrica

La balanza analítica: Es uno de los instrumentos de medida mas utilizado en los laboratorios y de la cual básicamente todos los resultados analíticos .Las balanzas modernas, que pueden ofrecer valores de la precisión de la lectura de 0,1pg a 0,1 mg. Están bastante desarrolladas de manera que no es necesaria la utilización de cuartos especiales para la medida del peso .Aun así el simple empleo de circuitos electrónicos no elimina las interacciones del sistema con el ambiente. Los efectos físicos son los mas importantes por que no pueden ser suprimidos

El sonómetro: Es un instrumento de medida que sirve para medir niveles de presión sonora (de los que depende la amplitud y por lo tanto la intensidad acústica y su percepción, sonoridad) El sonómetro mide el nivel del ruido que existe en determinado lugar y en un momento dado. La unidad con la que trabaja el sonómetro es el decibelio. Si no se usan curvas ponderadas (sonómetro integrador)cuando el sonómetro se utiliza para medir lo que se conoce como contaminación acústica(ruido molesto de un determinado paisaje sonoro ) hay que tener en cuenta que es lo que se va a medir