Comprendiendo Mediciones e Instrumentos: Una Visión Integral

La discusión comienza presentando los conceptos fundamentales relacionados con las mediciones e instrumentos. Estos conceptos incluyen la definición de magnitud como la propiedad de un objeto, fenómeno o sistema que puede ser cuantificada numéricamente. Ejemplos de magnitudes son el peso, la corriente eléctrica y la temperatura.

La medición se define como el procedimiento utilizado para obtener la magnitud de un sistema específico. Un ejemplo proporcionado es determinar el volumen de un fluido en un tanque. Además, se explica el concepto de medición como el acto de determinar el valor o tamaño de una cantidad física.

Los instrumentos son dispositivos utilizados para determinar directamente o trabajar con valores para futuras mediciones indirectas. Ejemplos de instrumentos mencionados son los amperímetros para medir corriente, termómetros para medir temperatura y anemómetros para medir la velocidad del viento.

La distinción entre medidas directas e indirectas se explica. Las medidas directas implican obtener la magnitud de una cantidad física directamente a través de un instrumento, mientras que las medidas indirectas implican cálculos o fórmulas matemáticas para derivar la magnitud.

Se proporciona un ejemplo donde se utiliza un circuito para demostrar mediciones directas de corriente eléctrica, voltaje y potencia. Se destacan los valores obtenidos directamente de los instrumentos. Otro escenario muestra cómo se pueden obtener mediciones indirectas utilizando cálculos basados en los valores de voltaje y corriente.

Los instrumentos analógicos se describen como dispositivos que permiten mediciones continuas de valores que cambian con el tiempo. Estos instrumentos exhiben un comportamiento análogo a la variable que se está midiendo. Son adecuados para capturar cambios dinámicos y continuos en magnitudes.

Instrumentos de medición analógicos, como amperímetros, termómetros y anemómetros, muestran lecturas utilizando una escala y una aguja móvil. Los usuarios observan e interpretan la posición de la aguja para determinar la medición. Estos instrumentos incluyen características como una escala graduada con unidades como grados Celsius o kilómetros por hora.

Los instrumentos de medición analógicos tienen características como indicar mediciones con una aguja en una escala, operación simple sin necesidad de análisis complejo, tiempos de respuesta más lentos debido a elementos mecánicos y durabilidad a lo largo del tiempo. Son resistentes y duraderos.

Instrumentos analógicos ofrecen ventajas como bajo costo, no requerimiento de energía externa para operar, variaciones cualitativas y tendencias fácilmente visibles, adaptabilidad a escalas no lineales y estructura de diseño simple. Proporcionan rápidas percepciones cualitativas sobre la variable observada.

Los instrumentos analógicos tienen limitaciones como baja resolución que típicamente proporciona hasta tres dígitos, error de paralaje que afecta la precisión basado en la posición del observador, errores significativos al cambiar entre escalas y velocidad de lectura lenta. No son adecuados para la integración en sistemas de procesamiento de datos.

Instrumentos digitales se refieren a dispositivos que miden cantidades discretas con valores finitos, mostrados a través de dígitos. Juegan un papel crucial en las tecnologías de medición modernas, especialmente en sistemas de control informatizados y automatizados. Estos instrumentos se integran fácilmente en sistemas complejos debido al procesamiento de información electrónico.

Ejemplos de instrumentos digitales incluyen un multímetro digital para mediciones eléctricas, un amperímetro de pinza digital para mediciones de corriente no invasivas y un osciloscopio digital para visualización de señales. Estos instrumentos muestran las mediciones de forma digital, lo que los hace eficientes y precisos en la interpretación de datos.

Los instrumentos digitales ofrecen mediciones precisas mostradas en pantallas, garantizando exactitud sin interpretación subjetiva. Proporcionan lecturas rápidas en comparación con los instrumentos mecánicos debido a los sensores electrónicos. Las funciones de automatización como el autoescalado mejoran la eficiencia de la medición, y las capacidades de almacenamiento de datos permiten un procesamiento adicional en sistemas informáticos.

Un instrumento digital comprende sistemas de adaptación de señales para la entrada, sistemas de muestreo para la recolección de datos y convertidores analógico-digitales para transformar las señales muestreadas en datos binarios. Los datos procesados son luego manejados por sistemas de microprocesadores con dispositivos de memoria para almacenamiento de información, formando la etapa de procesamiento de instrumentos digitales.

Instrumentos digitales tienen elementos de salida como pantallas para mostrar resultados de medición y sistemas de comunicación para la transmisión remota de datos. Ofrecen ventajas como alta resolución y precisión, con una precisión del 0.02%. Eliminan errores de paralaje y proporcionan respuestas rápidas, entregando hasta 1000 lecturas por segundo. Sin embargo, su complejidad de fabricación conlleva a costos más altos, requiriendo procedimientos especiales para su uso en comparación con instrumentos analógicos.

Instrumentos digitales ofrecen ventajas como alta resolución, precisión del 0.02%, eliminación de errores de paralaje, tiempos de respuesta rápidos y salida de datos digitales para sistemas de procesamiento y control. Proporcionan mediciones confiables cercanas a los valores reales y no están sujetos a errores de paralaje debido a lecturas digitales directas.

Los instrumentos digitales tienen desventajas como la fabricación compleja que conduce a costos más altos, la necesidad de procedimientos especiales para su uso, la dificultad para introducir escalas no lineales y el requisito de una fuente de energía para funcionar. Pueden no ser tan intuitivos como los instrumentos analógicos y pueden ser difíciles de implementar escalas no lineales.

Los sistemas de medición computarizados utilizan computadoras como su elemento central, conocido como instrumentación inteligente. Estos sistemas procesan señales, registran datos, transfieren información y presentan datos automáticamente. Se diferencian de los instrumentos digitales al generar e interpretar datos automáticamente, permitiendo el registro de datos a gran escala y presentación integrada para un fácil acceso por parte de los operadores.

Un sistema de medición informatizado implica cuatro áreas de medición donde se registran diversas variables, como temperaturas. Muestra tendencias a lo largo del tiempo, parámetros característicos y puntos de alarma para valores altos o bajos. El sistema puede detectar condiciones de alarma basadas en criterios preestablecidos, ofreciendo una amplia gama de propiedades manipulables.

La tecnología de telemetría permite la medición remota de cantidades físicas, permitiendo la transmisión de datos a los operadores. Puede utilizar comunicación inalámbrica, redes telefónicas, redes informáticas o enlaces de fibra óptica para la transmisión de datos. Los sistemas de telemetría reciben instrucciones y datos de un centro de control central, donde las mediciones se centralizan y se presentan a los operadores para su monitoreo.

Un diagrama típico de un sistema de telemetría muestra instrumentos de campo recolectando variables conectadas a dispositivos de procesamiento. Los datos procesados se centralizan en servidores para su organización en bases de datos. La información organizada se presenta en estaciones de operación en centros de control, donde los operadores pueden monitorear el comportamiento de las variables a través de redes de datos y pantallas.