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Instrumentación Básica (página 2)



Partes: 1, 2

Higrómetro
químico

El higrómetro químico es aquel cuyo
funcionamiento se basa en la afinidad que existe entre el agua y el
ácido sulfúrico. Es un dispositivo en el cual
circula un volumen de
aire determinado
en contacto con una cierta cantidad del citado ácido. El
aumento de peso que experimenta la solución de
sulfúrico indica la cantidad de agua presente
en el volumen de aire estudiado.

Termómetros

Todos sabemos que para medir la temperatura
del aire se usan los termómetros. Sin embargo existen
varios tipos de estos aparatos.

Termómetros de líquido en tubo de
vidrio

Es el más común de todos. Los
líquidos que se utilizan más frecuentemente son el
mercurio y el
alcohol
etílico. El mercurio no se puede emplear como
líquido termométrico más que por encima de
los -36º C, por que su punto de congelación se
encuentra precisamente a esta temperatura. Para temperaturas muy
bajas, el alcohol etílico puro 100/100, da resultados
satisfactorios.

Estos termómetros están constituidos por
un depósito de vidrio,
esférico o cilíndrico, que se prolonga por un tubo
capilar también de vidrio, cerrado por el otro extremo.
Por el calor, el
líquido encerrado en el depósito se expande y
asciende por el tubo de vidrio. La temperatura se lee gracias a
una escala graduada
cuyo valor
corresponde al extremo de la columna del líquido cuando
ésta se para.

Termómetros de líquido en envoltura
metálica

El órgano sensible de este termómetro es, realmente, un
manómetro calibrado para indicar temperaturas. Este tipo
de instrumento se utiliza a menudo como termómetros en
los motores de los
automóviles.

Algunos termógrafos
también están basados en este principio. En este
caso la pluma indicadora tiene en su extremo un dispositivo con
tinta que se desplaza sobre un diagrama
arrollado en un cilindro que gira a velocidad
constante.

Termómetros de par
termoeléctrico

Un termopar se compone de dos hilos de metales
diferentes soldados en sus extremos. Cuando las temperaturas de
cada soldadura son
diferentes, se origina una fuerza
electromotriz que es función de
esa diferencia de temperatura, la cual viene indicada por un
voltímetro calibrado.

Los termómetros de par termoeléctrico se
utilizan mucho como piranómetros, es decir, como
instrumentos para medir temperaturas muy elevadas y
también en ciertas aplicaciones se usan para medir
temperaturas extraordinariamente bajas.

Termómetros bimetálicos

El órgano sensible llamado lámina
bimetálica está formado por dos láminas
metálicas escogidas entre metales que tengan sus
coeficientes de dilatación lo mas dispares posibles, y
están soldados una contra la otra, a lo largo de toda su
longitud. Cuando la temperatura varía, una de las
láminas se dilata más que la otra, obligando a todo
el conjunto a curvarse sobre la lámina más
corta.

Las láminas bimetálicas pueden
inicialmente estar enrolladas en espiral. En este caso la
lámina interior esta hecha del metal que se dilata
más. De esta forma, cuando la temperatura aumenta la
espiral se desenrolla. El movimiento se
amplifica mediante un sistema de
palancas sujetas a la extremidad de la espiral y que termina en
una aguja que indica la temperatura.

Este principio se usa generalmente en los
termógrafos para obtener un registro continuo
de la temperatura.

Termómetros de resistencia de
platino

El principio en que se basa el funcionamiento de este
termómetro es la variación de resistencia de un
hilo de platino en función de la temperatura. Una pila
proporciona la corriente
eléctrica y un aparato de medida permite traducir las
variaciones de resistencia en indicaciones de temperaturas.
También se puede construir este tipo de instrumentos de
forma que proporcionen un registro continuo de la temperatura. El
termómetro de resistencia de platino es uno de los
aparatos más precisos que permite medir una gran gama de
temperaturas.

Termistancias

La conductividad de ciertas sustancias químicas
varía notablemente con la temperatura; su resistencia
eléctrica disminuye cuando la temperatura aumenta. Esta
propiedad es
la que se aprovecha para construir los termómetros de
termistancias.

Tienen la ventaja de que son robustos y de
pequeñas dimensiones y por esta razón se utilizan
como termómetros en los radiosondas. La resistencia del
circuito eléctrico varía a medida que la
temperatura cambia con la altitud y estas variaciones modulan las
señales
radioeléctricas transmitidas a un receptor que se
encuentra en la superficie terrestre. Estas señales se
registran a su vez sobre un diagrama y permite determinar la
temperatura del aire a diferentes niveles, hasta una altitud de
30 Km aproximadamente.

Termómetros infrarrojos

La radiación
infrarroja es una parte de la luz solar y puede
descomponerse reflejándose a través de un prisma.
Esta radiación posee energía. A principios del
siglo XX, los científicos Planck, Stefan, Boltz- mann,
Wien y Kirchhoff definían las actividades del espectro
electromagnético y establecían equipa- raciones
para describir la energía infrarroja.

Esto hace posible definir la energía en
relación con curvas de emisión de un cuerpo negro.
Los objetos con una temperatura por encima del punto cero
absoluto irradian energía. La cantidad de energía
crece de manera proporcional a la cuarta potencia de la
temperatura.

Este concepto es el
principio básico de la medición de la temperatura por medio de
infrarrojos. Con el factor de emisión se introduce una
variable en esta regularidad. El factor de emisión es una
medida para la relación de las radiaciones que emiten un
cuerpo gris y un cuerpo negro a igual temperatura. Un cuerpo gris
es un objeto que tiene el mismo factor de emisión en todas
las longitudes de onda. Un cuerpo no gris es un objeto cuyo
factor de emisión cambia con la longitud de onda, por
ejemplo el aluminio. Como
norma general se considera que el factor de emisión es
igual al factor de absorción.

Para superficies brillantes, el factor de emisión
puede ser ajustado en los termómetros infrarrojos de modo
manual o
automático, para así corregir los errores en la
medición. En la mayoría de las aplicaciones esto es
muy sencillo de realizar. Para los casos en los que el factor de
emisión no es constante, se puede resolver el problema
midiendo en dos o más longitudes de onda.

Los termómetros infrarrojos se fabrican con
muchas configuraciones, diferenciándose por sus
componentes óptico o electrónico, por su tecnología,
tamaño y carcasa. Todos tienen en común la cadena
de transformación de señales, en cuyo comienzo se
encuentra una señal IR y en cuyo final hay una
señal de salida electrónica. Esta cadena de medición
genérica comienza con un sistema óptico de lentes y
/ o conductores de ondas de luz,
filtros y el detector. Este termómetro mide
la temperatura en una superficie, y de forma segura y precisa de
los objetos calientes o difíciles de
acceso.

EL
Interferómetro

EL Interferómetro es un instrumento que emplea la
interferencia de ondas de luz para la medida ultra precisa de
longitudes de onda de la luz misma, de distancias pequeñas
y de determinados fenómenos ópticos.

Existen muchos tipos de interferómetros, pero en
todos ellos hay dos haces de luz que recorren dos trayectorias
ópticas distintas determinadas por un sistema de espejos y
placas que finalmente se unen para formar franjas de
interferencia.

Para medir la longitud de onda de una luz
monocromática se utiliza un interferómetro
dispuesto de tal forma que un espejo situado en la trayectoria de
uno de los haces de luz puede desplazarse una distancia
pequeña "que puede medirse con precisión" y
varía así la trayectoria óptica
del haz. Cuando se desplaza el espejo una distancia igual a la
mitad de la longitud de onda de la luz, se produce un ciclo
completo de cambios en las franjas de interferencia. La longitud
de onda se calcula midiendo el número de ciclos que tienen
lugar cuando se mueve el espejo una distancia
determinada.

El interferómetro de Michelson, inventado por
Albert Abraham Michelson es un interferómetro que permite
medir distancias con una precisión muy alta. Su
funcionamiento se basa en la división de un haz coherente
de luz en dos haces para que recorran caminos diferentes y luego
converjan nuevamente en un punto. De esta forma se obtiene lo que
se denomina la figura de interferencia que permitirá medir
pequeñas variaciones en cada uno de los caminos seguidos
por los haces. Este interferómetro fue usado por Michelson
junto con Edward Morley para probar la no existencia del
éter, en el que se denominó experimento de
Michelson-Morley.

Principio de funcionamiento.

En un principio, la luz es dividida por una superficie
semi espejada (o divisor de haz) en dos haces. El primero es
reflejado y se proyecta hasta el espejo (arriba), del cual
vuelve, atraviesa la superficie semi espejada y llega al
detector. El segundo rayo atraviesa el divisor de haz, se refleja
en el espejo (derecha) luego es reflejado en el semi espejo hacia
abajo y llega al detector.

El espacio entre el semi espejo y cada uno de los
espejos se denomina brazo del interferómetro. Usualmente
uno de estos brazos permanecerá inalterado durante un
experimento, mientras que en el otro se colocarán las
muestras a estudiar.

Hasta el observador llegan dos haces, que poseen una
diferencia de fase dependiendo fundamentalmente de la diferencia
de camino óptico entre ambos rayos. Esta diferencia de
camino óptico puede depender de la posición de los
espejos o de la colocación de diferentes materiales en
cada uno de los brazos del interferómetro. Esta diferencia
de camino hará que ambas ondas puedan sumarse
constructivamente o destructivamente, dependiendo de si la
diferencia es un número entero de longitudes de onda (0,
1, 2,…) o un número entero más un medio (0,5;
1,5; 2,5; etc.) respectivamente.

En general se emplean lentes para ensanchar el haz y que
sea fácilmente detectable por un fotodiodo o proyectando
la imagen en una
pantalla. De esta forma el observador ve una serie de anillos, y
al desplazar uno de los espejos notará que estos anillos
comienzan a moverse. En esta forma se puede explicar la
conservación de la energía, ya que la intensidad se
distribuirá en regiones oscuras y regiones luminosas, sin
alterar la cantidad total de energía.

Aplicaciones.

Generalmente cuando se monta un Michelson se observa una
figura de interferencia inicial, de la que no se puede determinar
cuál es la diferencia de camino, porque si se observa una
suma constructiva sólo se puede inferir que la diferencia
es múltiple de la longitud de onda. Por esto el
interferómetro se usa para medir pequeños
desplazamientos
; una vez que se tiene una figura de
interferencia inicial, al cambiar la posición de uno de
los espejos se verá que las franjas de interferencia se
mueven. Si tomamos un punto de referencia, por cada franja que lo
atraviese habremos movido el espejo una distancia equivalente a
una longitud de onda (menor al micrómetro.)

Cuando se conoce la longitud de onda de la luz empleada,
pueden medirse distancias pequeñas en la trayectoria
óptica analizando las interferencias producidas. Esta
técnica se emplea para medir el contorno de la superficie
de los espejos de los telescopios. Los índices de
refracción de una sustancia también pueden medirse
con el interferómetro, y se calculan a partir del
desplazamiento en las franjas de interferencia causado por el
retraso del haz. El principio del interferómetro
también se emplea para medir el diámetro de
estrellas grandes relativamente cercanas, como por ejemplo
Betelgeuse. Como los interferómetros modernos pueden medir
ángulos extremadamente pequeños, se emplean
"también en este caso en estrellas gigantes cercanas" para
obtener imágenes
de variaciones del brillo en la superficie de dichas
estrellas.

El principio del interferómetro se ha extendido a
otras longitudes de onda, y en la actualidad está
generalizado su uso en radioastronomía.Obtenido de
"http://es.wikipedia.org/wiki/Interfer%C3%B3metro_de_Michelson"

Fotómetro

Principio de
Funcionamiento.

El color de cada
objeto que vemos está determinado por un proceso de
absorción y emisión de la radiación
electromagnética (luz) de sus moléculas. El
análisis fotométrico está
basado en el principio de que muchas sustancias reaccionan unas
con otras y forman un color que puede indicar la
concentración de la sustancia a medir.

Cuando una sustancia se expone a un haz de luz de
intensidad I0 una parte de la radiación es
absorbida por las moléculas de la sustancia, y se emite
una radiación de intensidad I más baja que
I0.

La cantidad de radiación absorbida la da la
Ley de
Lambert-Beer:

    A = log I0 /
I

La absorción también se da por A =
el c d

Donde    el = coeficiente de
extinción molar de la sustancia a una longitud de onda
l

               
c = concentración molar de la sustancia.

            
d = distancia óptica que la luz viaja a través de
la muestra.

Por lo tanto, la concentración "c" puede
calcularse por el color de la sustancia determinado la
radiación emitida I, ya que los demás factores se
conocen.

Mostramos a continuación un diagrama de
bloque típico de un fotómetro:

Un LED (Diodo Emisor de Luz) monocromático
emite una radiación a una única longitud de onda,
facilitando al sistema la intensidad I0. Dado que una
sustancia absorbe el color complementario de aquel que emite (por
ejemplo, una sustancia parece amarilla porque absorbe luz azul),
algunos fotómetros usan un LEDs que emiten la longitud de
onda apropiada para medir la muestra.

La distancia óptica se mide por la
dimensión de la cubeta que contiene la muestra. La célula
fotoeléctrica recoge la radiación I emitida por la
muestra y la convierte en corriente eléctrica, produciendo
un potencial en el rango mV.

El microprocesador
usa este potencial para convertir el valor de entrada en la
unidad de medición deseada y mostrarla en la pantalla VCL.
De hecho, la preparación de la solución a medir
tiene lugar bajo condiciones conocidas, que se programan en el
microprocesador del medidor en forma de curva de
calibración. Esta curva se usa como referencia para cada
medición. Entonces es posible dosificar concentraciones
desconocidas de la muestra y provocar una reacción
colorimétrica, y de esta forma obtener el mV
correspondiente a la intensidad I emitida (el color de la
muestra). Por medio de la curva de calibración, se puede
determinar la concentración de la muestra que corresponde
al valor mV:

Fuentes

 

 

 

Autor:

Aguirre Hermosillo Raul Fernando

Allan Isral Guerrero Garcia

Partes: 1, 2
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