INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Horómetro es un dispositivo que registra el número de horas en que un motor o un equipo, generalmente eléctrico o mecánico ha funcionado desde la última vez que se ha inicializado el dispositivo. Estos dispositivos son utilizados para controlar las intervenciones de mantenimiento preventivo de los equipos.

Infraestructura de medición avanzada (IMA, en inglés AMI - "Advanced Metering Infrastructure") hace referencia al conjunto de sistemas que miden, recolectan y analizan el uso de la energía o fluidos, e interactúan con dispositivos avanzados o inteligentes tales como medidores inteligentes de electricidad, de gas, o de agua.

Dichos sistemas son capaces de gestionar la información recolectada y tomar decisiones, para ello la infraestructura (que usualmente es de propiedad de las empresas de servicios) incluye el hardware, software, equipos de comunicaciones, pantallas con información de consumo para los usuarios, etc.

IMA se diferencia de los sistemas de lectura de medición automática (LMA, en inglés AMR - Automatic Meter Reading) , en que permite la comunicación bidireccional entre medidor y el centro de control de la empresa. Los sistemas que sólo son capaces de tomar lecturas de los medidores no se consideran sistemas IMA.

Infraestructura de medición avanzada (IMA) (inglés: Advanced Metering Infrastructure o AMI) se refiere a los sistemas que miden, recolectan y analizan el uso de la energía, e interactúan con dispositivos como los medidores inteligentes de electricidad, de gas, o de agua. Dichos sistemas están en capacidad de gestionar toda la información recolectada y tomar decisiones, para ello la infraestructura (que usualmente es de propiedad de las empresas de servicios) incluye el hardware, software, equipos de comunicaciones, pantallas con información de consumo para los usuarios, etc.

IMA se diferencia de los sistemas de lectura automática de medidores (inglés: Automatic Meter Reading o AMR) , en que permite la comunicación bidireccional entre medidor y el centro de control de la empresa. También se habla de sistema IMA cuando se cuenta con una red de medidores inteligentes. Los sistemas que sólo son capaces de tomar lecturas de los medidores no se considen sistemas IMA.

La red inteligente en conjunción con la medición avanzada o inteligente, abren paso a nuevas posibilidades que los sistemas convencionales de distribución no están preparados para soportar: generación distribuida, control de carga, mediciones remotas, detección de fraude, vehículos híbridos eléctricos y otras, que significan beneficios para las empresas de servicios públicos y para los usuarios, y que dado su potencial para modificar los hábitos de consumo y para detectar fallas y pérdidas, pueden redundar en un mejor uso de la energía eléctrica, teniendo por ello un sinnúmero de implicaciones económicas y ambientales.

Instrumentación industrial: es el grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste. Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyar al usuario en la medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad, etc., de una variable dada en un proceso productivo.

Un sistema de instrumentación es una estructura compleja que agrupa un conjunto de instrumentos, un dispositivo o sistema en el que se mide, unas conexiones entre estos elementos y por último, y no menos importante, unos programas que se encargan de automatizar el proceso y de garantizar la repetibilidad de las medidas.

En términos abstractos, un instrumento de medición es un dispositivo que transforma una variable física de interés, que se denomina variable medida, en una forma apropiada para registrarla o visualizarla o simplemente detectarla, llamada medición o señal medida.

Una medición es, entonces, un acto de asignar un valor específico a una variable física. Dicha variable física es la variable medida. Un sistema de medición es una herramienta utilizada para cuantificar la variable medida.

El elemento clave fundamental de un sistema de instrumentación, es el elemento sensor. La función del sensor es percibir y convertir la entrada (variable física) percibida por el sensor, en una variable de la señal de salida.

El sensor es un elemento físico que emplea algún fenómeno natural por medio del cual sensar la variable a ser medida. El transductor, convierte esta información censada en una señal detectable, la cual puede ser eléctrica, mecánica, óptica, u otra. El objetivo es convertir la información censada en una forma que pueda ser fácilmente cuantificada.

Las variables a medir o controlar pueden ser:

• Variables físicas:
  • Caudal.
    • Caudal másico.
    • Caudal volumétrico.
  • Presión.
  • Temperatura.
  • Nivel.
    • Nivel de líquidos.
    • Nivel de sólidos.
  • Velocidad.
  • Peso.
  • Humedad.
  • Punto de rocío.
• Variables químicas:
• pH.
• Conductividad eléctrica.
• Redox.

instrumentación virtual es el uso de software personalizable y hardware de medición modular para crear sistemas de medición definidos por el usuario, llamados instrumentos virtuales.

Los sistemas de instrumentación de hardware tradicionales se componen de componentes de hardware predefinidos, como multímetros digitales y osciloscopios que son completamente específicos de su función de estímulo, análisis o medida. Debido a su función codificada, estos sistemas tienen una versatilidad más limitada que los sistemas de instrumentación virtual. La principal diferencia entre la instrumentación de hardware y la instrumentación virtual es que el software se utiliza para reemplazar una gran cantidad de hardware. El software permite que hardware complejo y costoso sea reemplazado por hardware de computadora ya adquirido; por ejemplo. Un convertidor analógico-digital puede actuar como un complemento de hardware de un osciloscopio virtual, un potenciostato permite la adquisición y análisis de respuesta de frecuencia en espectroscopía con instrumentación virtual.

El concepto de instrumento sintético es un subconjunto del concepto de instrumento virtual. Un instrumento sintético es un tipo de instrumento virtual que está puramente definido por software. Un instrumento sintético realiza una función específica de síntesis, análisis o medición en hardware de medición completamente genérico. Los instrumentos virtuales aún pueden tener hardware específico de medición y tienden a enfatizar los enfoques de hardware modular que facilitan esta especificidad. El hardware que soporta los instrumentos sintéticos es, por definición, no específico para la medición, ni necesariamente (o por lo general) modular.

Historia[editar]

A mediados de los años 60, Hewlett Packard desarrolló su bus para instrumentación HP-IB (Hewlett Packard Interface Bus) que permitía conectar su gama de instrumentos programables a un ordenador. Esta interfase ganó rápidamente gran popularidad y en 1975 fue aceptada como estándar: el IEEE-488. Desde entonces el estándar ha sufrido varias modificaciones y el bus GPIB (acrónimo de General Purpose Interface Bus, por el que se le conoce habitualmente) se ha convertido en uno de los más populares en el campo de la instrumentación programable. La instrumentación virtual es un concepto introducido por la compañía National Instruments en 2001, cuando esta empresa creó un software que permitía la computadora realizar mediciones.¹​

Aprovechando las tecnologías comerciales disponibles, como los PCs y el convertidor analógico-digital, la instrumentación virtual ha crecido considerablemente desde su inicio en la década de 1970. Además, los paquetes de software como LabVIEW de National Instruments y otros lenguajes de programación gráfica han contribuido al crecimiento de su inplantación al facilitar que los no programadores desarrollaran sistemas.

interferómetro de Fabry-Pérot, o Etalon está, normalmente, constituido por una placa con dos superficies reflectantes, o dos espejos paralelos altamente reflectantes (técnicamente, el primero es un etalon y el posterior es un interferómetro, pero la terminología se usa, con frecuencia, de manera indistinta). Cuando se determina su espectro de transmisión en función de la longitud de onda se verifica que existen picos de gran transmisión que corresponden a la resonancia del etalon. Se nombró en reconocimiento a Charles Fabry y Alfred Perot.¹​ "Etalon" proviene del francés étalon, que significa "cálculo de medida" o "estándar".²​

El efecto de resonancia de un interferómetro de Fabry-Pérot es idéntico al que se usa en un filtro dicroico. Los filtros dicroicos son colecciones secuenciales muy delgadas de interferómetros de Fabry-Pérot y están así caracterizados y diseñados usando las mismas reglas matemáticas.

Los etalones se usan con bastante frecuencia en telecomunicaciones, láseres y espectroscopia de control y medida de longitudes de onda. Los recientes avances en las técnicas de fabricación han permitido la creación de interferómetros de Fabry-Pérot extremadamente precisos.

• La aplicación común más importante es su uso como filtro dicroico, en el que una serie de capa de etalones se depositan sobre una superficie óptica mediante técnicas de deposición de vapor. Estos filtros ópticos tienen, usualmente, una capacidad reflectante exacta y pasan más bandas que los filtros de absorción. Por el propio diseño del filtro funcionan más fríos que los filtros de absorción puesto que pueden reflejar longitudes de onda no deseadas. Los filtros dicroicos se usan ampliamente en equipos ópticos tales como fuentes de luz, cámaras y equipos astronómicos.

• Empleo en redes de telecomunicaciones para el multiplexado de longitudes de onda en equipos add-drop multiplexers con bancos de etalones sintonizados de diamante o sílice fundida. Estos bancos son pequeños cubos iridiscentes de aproximadamente 2 mm de tamaño en un lado, montados en pequeños estantes mecanizados con alta precisión. Los materiales se eligen para mantener estables las distancias espejo a espejo y guardar la estabilidad de las frecuencias usadas en las transmisiones, incluso cuando varia la temperatura. Se prefiere el diamante porque presenta una mejor conducción del calor y un menor coeficiente de dilatación. Desde el año 2005, algunos equipos de comunicaciones comenzaron a usar etalones de estado sólido que son de fibra óptica. Esto elimina la mayoría de las dificultades de montaje, alineamiento y enfriamiento de los equipos.

Análisis Físico[editar]

La variación en la función de transmisión es debida a sucesivas reflexiones de la luz entre las superficies. Cuando los dos haces están en fase se da interferencia constructiva, mientras que si están fuera de fase se dará interferencia destructiva. El hecho que dos haces se encuentren o no en fase, depende de la longitud de onda de la luz, del ángulo con el que la luz atraviesa el etalon, el grosor del etalon y el índice de refracción del material.

La diferencia de fases entre un par de haces transmitidos está dada por δ:³​

${\displaystyle \delta =({\frac {2\pi }{\lambda }})2nl\cos \theta }$

Si ambas superficies tienen una reflectividad R, la función de Coeficiente de transmisión del etalon está dado por

${\displaystyle T_{e}={\frac {(1-R)^{2}}{1+R^{2}-2R\cos \delta }}={\frac {1}{1+F\sin ^{2}(\delta /2)}},}$

donde

${\displaystyle F={\frac {4R}{(1-R)^{2}}}}$

es el coeficiente de finesse.

El máximo de transmisión (${\displaystyle T_{e}=1}$) ocurre cuando la diferencia entre caminos ópticos (${\displaystyle 2nl\cos \theta }$) entre los haces transmitidos es un multiplo de la longitud de onda. En ausencia de absorción la reflectividad del etalon R_e es complemento de la transmitividade tal que ${\displaystyle T_{e}+R_{e}=1}$. El máximo de reflectividad está dado por:

${\displaystyle R_{\max }=1-{\frac {1}{1+F}}={\frac {4R}{(1+R)^{2}}}}$

y estos se da cuando la diferencia de camino es la mitad de un multiplo impar de la longitud de onda.