Aparell de mesura
Un aparell de mesura o instrument de mesura és un objecte que s'utilitza per comparar magnituds físiques mitjançant un procés de mesura.[1] Com a unitats de mesura s'utilitzen objectes i successos prèviament establerts com a estàndards o patrons, i de la mesura en resulta un número que és la relació entre l'objecte d'estudi i la unitat de referència.[2] Els instruments de mesura són el mitjà amb què es duu a terme aquesta conversió. Tots els instruments de mesura estan subjectes a diversos graus d'error de l'instrument i a la incertesa de mesura. Dues característiques importants d'un instrument de mesura són la precisió i la sensibilitat.[3]
Tipus
[modifica]En física i enginyeria s'empren una gran varietat d'aparells per dur a terme les seves mesures. Des d'objectes senzills com regles i cronòmetres fins a microscopis electrònics i acceleradors de partícules. Alguns instruments de mesura són:[4][5]
Per mesurar massa: Per mesurar temps: Per mesurar longitud:
Per mesurar angles: Per mesurar temperatura: Per mesurar pressió: Per mesurar velocitat:
|
Per mesurar propietats elèctriques:
Per mesurar volum Per mesurar altres magnituds: |
Qualitats i característiques
[modifica]- Camp de mesura: rang que abasta des del valor mínim al màxim.
- Abast: valor màxim que es pot mesurar.
- Escala: signes que indiquen els valors de la magnitud a mesurar. Per exemple, en un regle l'escala són les ratlletes de la línia graduada.
- Divisió d'escala: valor entre dos signes d'escala consecutius. Per exemple, en un regle pot ser 1 mm.
- Sensibilitat: mínima variació que es pot apreciar sobre l'escala per unitat de magnitud mesurada.[6] Per exemple, en un nivell de bombolla, la sensibilitat indica què significa en graus el desplaçament de la bombolla una divisió.
- Precisió: aptitud per subministrar resultats amb el mínim error (en anglès accuracy; el mot precision es fa servir per al concepte general de precisió i repetibilitat junts).[7]
- Repetibilitat: concordança entre els resultats de diverses mesures consecutives (les mesures han de realitzar-se en les mateixes condicions i sobre la mateixa peça).
- Dispersió: grau de dispersió que presenten les mesures d'una sèrie, realitzades sota les mateixes condicions.
- Reversibilitat: diferències de mesura quan es mesura una mateixa magnitud quan creix o decreix.
- Calibratge: conjunt d'operacions que tendeixen a determinar el valor dels errors de l'instrument de mesura per procedir al seu ajust.
- Estabilitat: concordança entre els resultats de diverses mesures espaiades; les mesures s'han de realitzar en les mateixes condicions.
- Rapidesa: temps que transcorre fins que l'índex, partint de la posició zero o repòs, arriba a la seva posició definitiva d'equilibri quan s'aplica bruscament una magnitud.
- Aproximació: menor fracció d'una determinada magnitud lineal o angular que es pot mesurar.
- Incertesa: dispersió dels valors mesurats atribuïbles a la magnitud mesurada.[8] En altres paraules, és l'estimació unida al resultat d'un assaig que caracteritza l'interval de valors dins dels quals s'afirma que hi ha el valor verdader.[9]
Calibratge
[modifica]Quan es tracta de mesurament en metrologia, és molt important la fiabilitat i la precisió del mesurament.[10]
Els instruments de mesura que es fabriquen estan sotmesos a diferents influències, com les canviants condicions ambientals. És necessari calibrar els equips per a comprovar si són precisos en el moment de la seva fabricació, la qual cosa permet als usuaris confiar en els resultats dels mesuraments posteriors. La qualitat i el rendiment dels productes finals estan estretament relacionats amb la qualitat dels mesuraments. Un instrument que funcioni mal pot interrompre el procés de mesurament o fins i tot suposar un risc per a la seguretat[10].
El calibratge és el procés de verificació de la precisió d'un instrument i determina la traçabilitat del mesurament. El calibratge ha de ser realitzat per laboratoris certificats segons normes aprovades (per exemple normes ISO), que proporcionin calibratges traçables a les institucions nacionals de metrologia de patrons. El laboratori de calibratge generarà un certificat de calibratge que inclou un codi d'identificació quan s'hagi completat el calibratge[10].
El certificat de calibratge emès per un laboratori de calibratge ha de contenir informació com les dades del laboratori, una descripció de l'instrument, una llista de patrons utilitzats com a referència, els resultats del calibratge i una declaració de traçabilitat.
Durant el procés de calibratge, cal tenir en compte molts factors. És essencial que els tècnics gestionin, equips, eines i procediments amb cura. A tot el món, els instituts de metrologia fan avançar la ciència del mesurament desenvolupant i validant noves tècniques de mesurament amb els nivells de sofisticació necessaris. Una de les normes més valuoses per a qualsevol organització que realitzi assajos, mostrejos o calibratges és l'ISO/IEC 17025.
Descripció
[modifica]Calibrar és comparar la sortida de l'instrument que es calibrarà amb els valors d'un instrument de referència de precisió provada. D'aquesta manera es pot determinar si l'instrument de mesura no es desvia massa i és adequat per a realitzar mesuraments.
Si per exemple es desitja mesurar la pressió d'un sistema amb un sensor de pressió per a controlar la qualitat del procés. S'ha seleccionat un sensor amb una (in)precisió del 0,1% . Durant el calibratge, pot comparar els mesuraments d'aquest sensor amb un sensor de referència o un calibrador de pressió que, per exemple, tingui una precisió del 0,01% . Comparant el sensor de pressió amb la referència en diversos punts de mesurament, per exemple 0, 2, 4 6, 8 i 10 bar, s'estableix la desviació. Es tracta d'un calibratge. En funció de la desviació determinada (el resultat del calibratge), podrà determinar si el sensor continua sent prou precís per a la seva finalitat. El mateix principi s'aplica al calibratge d'altres tipus d'instruments, com a calibres, claus dinamomètriques, entre altres.
Temps
[modifica]
En el passat, un instrument comú de mesurament del temps era el rellotge de sol. Avui dia, els instruments de mesura del temps habituals són els rellotges de paret i els rellotges de polsera. Per a mesurar el temps amb gran precisió s'utilitza un rellotge atòmic. Els cronòmetres també s'utilitzen per a mesurar el temps en alguns esports i esdeveniments.
Energia
[modifica]
L'energia es mesura amb un mesurador d'energia. Alguns exemples de comptadors d'energia són:
Comptador d'electricitat
[modifica]Un comptador d'electricitat mesura l'energia directament en quilowatts-hora.
Comptador de gas
[modifica]Un comptador de gas mesura l'energia indirectament registrant el volum de gas utilitzat. Aquesta xifra pot convertir-se en una mesura d'energia multiplicant-la pel poder calorífic del gas.
Potència (flux d'energia)
[modifica]Un sistema físic que intercanvia energia pot ser descrit per la quantitat d'energia intercanviada per temps —interval—, també anomenada potència o flux d'energia. (vegeu a continuació qualsevol dispositiu de mesura de la potència)
Acció
[modifica]L'acció descriu l'energia sumada sobre el temps que dura un procés (integral de temps sobre energia). La seva dimensió és la mateixa que la d'un moment angular. Un fototub proporciona una mesura de tensió que permet calcular l'acció quantitzada (constant de Planck) de la llum. (Vegeu també Efecte fotoelèctric).
Història
[modifica]
La història de la instrumentació es pot dividir en diverses fases.
Preindustrial
[modifica]Els elements de la instrumentació industrial tenen una llarga història. Les escales per comparar pesos i els indicadors simples per indicar la posició són tecnologies antigues. Algunes de les primeres mesures eren de temps. Un dels rellotges d'aigua més antics es va trobar a la tomba del faraó de l'antic Egipte Amenhotep I, enterrat cap al 1500 aC.[11] Es van incorporar millores als rellotges. L'any 270 aC ja tenien els rudiments d'un dispositiu de sistema de control automàtic.[12]
El 1663, Christopher Wren va presentar a la Royal Society un disseny per a un «rellotge meteorològic». Un dibuix mostra sensors meteorològics movent bolígrafs sobre paper accionats per un mecanisme de rellotgeria. Aquests dispositius no es van convertir en estàndard en meteorologia fins dos segles després.[13] El concepte s'ha mantingut pràcticament inalterat, com ho demostren els registradors gràfics pneumàtics, on un manx pressuritzat desplaça un bolígraf. La integració de sensors, pantalles, registradors i controls va ser poc freqüent fins a la revolució industrial, limitada tant per la necessitat com per la practicitat.
Primers anys de la indústria
[modifica]
Els primers sistemes utilitzaven connexions de procés directes als panells de control locals per al control i la indicació, que des de principis de la dècada de 1930 van veure la introducció de transmissors pneumàtics i controladors automàtics de controladors de 3 termes (PID).
Els rangs de transmissors pneumàtics es definien per la necessitat de controlar vàlvules i actuadors en el camp. Normalment, un senyal oscil·lava entre 3 i 15 psi (20 a 100 kPa o 0,2 a 1,0 kg/cm2) com a estàndard, i es va estandarditzar amb 6 a 30 psi que s'utilitzaven ocasionalment per a vàlvules més grans. L'electrònica de transistors va permetre que el cablejat substituís les canonades, inicialment amb un rang de 20 a 100 mA a fins a 90 V per a dispositius alimentats per bucle, reduint-se a 4 a 20 mA a 12 a 24 V en sistemes més moderns. Un transmissor és un dispositiu que produeix un senyal de sortida, sovint en forma de senyal de corrent elèctric de 4–20 mA, tot i que són possibles moltes altres opcions utilitzant voltatge, freqüència, pressió o Ethernet. El transistor es va comercialitzar a mitjans de la dècada de 1950.[14]
Els instruments connectats a un sistema de control proporcionaven senyals utilitzats per operar solenoides, vàlvules, reguladors, interruptors automàtics, relés i altres dispositius. Aquests dispositius podien controlar una variable de sortida desitjada i proporcionar capacitats de monitorització remota o control automatitzat.
Cada empresa d'instruments va introduir el seu propi senyal d'instrumentació estàndard, cosa que va causar confusió fins que el rang de 4–20 mA es va utilitzar com a senyal d'instrument electrònic estàndard per a transmissors i vàlvules. Aquest senyal finalment es va estandarditzar com a ANSI/ISA S50, «Compatibilitat de senyals analògics per a instruments electrònics de processos industrials», a la dècada de 1970. La transformació de la instrumentació de transmissors, controladors i vàlvules pneumàtiques mecàniques a instruments electrònics va reduir els costos de manteniment, ja que els instruments electrònics eren més fiables que els instruments mecànics. Això també va augmentar l'eficiència i la producció a causa del seu augment de precisió. La pneumàtica va gaudir d'alguns avantatges, sent preferida en atmosferes corrosives i explosives.[15]
Referències
[modifica]- ↑ «Web de Instrumentos de Medición - Instrumentos de medicion.org». «La acción que se lleva a cabo es medir y el proceso es de medir...»
- ↑ «Aparell de mesura». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
- ↑ «struménto di misura - Treccani» (en italià). [Consulta: 20 març 2024].
- ↑ «Instrumentos de medición» (en castellà), 07-05-2021. [Consulta: 14 abril 2024].
- ↑ faqsensei. «¿Qué son los instrumentos de medición y para qué sirven?» (en castellà), 04-04-2023. [Consulta: 14 abril 2024].
- ↑ «Aparell de mesura». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
- ↑ «Instrumentos de medición: Todo lo que necesitas saber - Asimer Group».
- ↑ «Aparell de mesura». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
- ↑ «Libro».
- ↑ 10,0 10,1 10,2 J.L.Bucher. The Metrology Handbook, (2015), ISBN 8174890386, ISBN 978-8174890382
- ↑ «Early Clocks». NIST, 12-08-2009.
- ↑ «Building automation history page». Arxivat de l'original el 8 jul 2011. [Consulta: 1r març 2012].
- ↑ Multhauf, Robert P. (1961), The Introduction of Self-Registering Meteorological Instruments, Washington, D.C.: Smithsonian Institution, pàg. 95–116 United States National Museum, Bulletin 228. Contributions from The Museum of History and Technology: Paper 23. Available from Project Gutenberg.
- ↑ Lynn, L.H. «The commercialization of the transistor radio in Japan: The functioning of an innovation community». IEEE Transactions on Engineering Management, vol. 45, 3, 1998, pàg. 220–229. DOI: 10.1109/17.704244.
- ↑ Anderson, Norman A. Instrumentation for Process Measurement and Control. 3. CRC Press, 1998, p. 254–255. ISBN 978-0-8493-9871-1.
