TP2 MAGNITUDES FÍSICAS y UNIDADES de MEDICIÓN

Docente:Ignacio Cavallo

Definición de magnitud física

Desde el punto de vista físico, una magnitud es una cantidad medible, esto quiere decir a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición o una relación de medidas. En definitiva, magnitud es toda aquella propiedad que se puede medir.
Como ejemplos de magnitudes pueden citarse peso, masa, longitud, velocidad, tiempo, temperatura, presión, fuerza, etc.

Existen magnitudes de diferente naturaleza o especie, no es lo mismo la temperatura que  el calor, la masa que el peso y tampoco es lo mismo la longitud(o distancia) que la velocidad.

Cada magnitud física puede medirse en distintas unidades de medición que resultan comparables entre sí. Precisamente, una unidad es el patrón con el que se mide determinada magnitud. A menudo existe para cada magnitud, una unidad principal, considerada así por ser la más comúnmente usada y otras secundarias, éstas pueden ser  múltiplos o submúltiplos de la unidad principal. La siguiente tabla muestra algunos ejemplos al respecto.



Magnitud             Unidad Principal                Unidades Secundarias o Alternativas

MASA                  kilogramo (kg)         gramo (g); decigramo (dg); tonelada (tn)
LONGITUD                  metro (m)                kilómetro (km); decámetro (dam); centímetro (cm)
TIEMPO                  segundo (s)                hora (h); minuto (min); día (d)
TEMPERATURA     grados centígrados (ºC) grados Fahrenheit (ºF); Kelvin (K)
VELOCIDAD     metros por segundo (m/s) kilómetros por hora (km/h); centímetros por segundo(cm/s)
PRESIÓN           hectopascales (hPa)        milímetros de mercurio (mmHg); milibares (mb)
 

Aplicación en la materia

En los sistemas de control, los elementos encargados de medir y reaccionar ante estas magnitudes físicas se llaman sensores y, son los que nos van a permitir realizar sistemas automáticos. Cada sensor trabaja controlando una magnitud distinta y, a la hora de diseñar un sistema, se debe tener en cuenta esta magnitud y en que punto se necesita una reacción del sistema.
Por ejemplo, en un sistema automatizado de calefacción, debo saber que magnitud estoy controlando ( temperatura) y el punto en el que el sistema va a reaccionar (supongamos 70°C). De esta manera puedo seleccionar el sensor de temperatura que corresponda para ocasionar una respuesta del sistema al llegar a los 70°C

Sensores

El sensor traduce la información que le llega del exterior en un impulso eléctrico, normalmente digital (pasa o no pasa corriente). Los sensores vienen en distintas formas y tamaños que deberán ser tenidos en cuenta a la hora de armar un sistema. La selección va a variar de acuerdo a las necesidades particulares de cada sistema.
Existen diferentes tipos de sensores, en función del tipo de variable y caracteristicas técnicas que tengan que medir o detectar:


Sensores de proximidad
Un sensor de proximidad detecta objetos o señales que se encuentran cerca del elemento sensor. Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que utilizan.
Los Sensores de Contactose emplean para detectar el final del recorrido o la posición límite de componentes mecánicos. Por ejemplo: saber cuando una puerta o una ventana que se abren automáticamente están ya completamente abiertas y por lo tanto el motor que las acciona debe pararse. Son los conocidos como fin de carrera
Los sensores capacitivos son potencialmente capaces (con diversos grados de sensibilidad) de detectar todos los materiales sólidos y líquidos. Como su nombre indica, estos sensores están basados en la detección de un cambio en la capacidad inducido por una superficie que se lleva cerca del elemento sensor.
Los sensores inductivos detectan la proximidad de elementos metálicos al generar un campo magnético que se ve afectado cuando un objeto metálico se acerca al sensor
Sensores ópticos:Detectan la presencia de una persona o de un objeto que interrumpen el haz de luz que le llega al sensor.
Sensor de barrera infrarrojo: está compuesta por 2partes, un componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo recibe. el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de luz.
Sensor infrarrojo: La luz infrarroja viaja en línea recta, en el momento en que un objeto se interpone el haz de luz rebota contra este y cambia de dirección permitiendo que la luz sea enviada al receptor y el elemento sea censado.
Sensor ultrasónico: El sensor emite un pulso ultrasónico y recibe el rebote de este, cuando un objeto afecta el pulso, cambia la señal recibida y la presencia del nuevo elemento es sensada.
Sensores Magnéticos: Detecta los campos magnéticos que provocan los imanes o las corrientes eléctricas. El principal es el llamado interruptor Reed; consiste en un par de láminas metálicas de materiales ferromagnéticos metidas en el interior de una cápsula que se atraen en presencia de un campo magnético, cerrando el circuito.

Sensores de Humedad
Se basan en que el agua no es un material aislante como el aire sino que tiene una conductividad eléctrica; por lo tanto un par de cables eléctricos desnudos (sin cinta aislante recubriéndolos) van a conducir una pequeña cantidad de corriente si el ambiente es húmedo; si colocamos un transistor que amplifique esta corriente tenemos un detector de humedad.
Presóstato

Es un aparato que cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido. El fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que se mueva hasta que se unen dos contactos. Cuando la presión baja, un resorte empuja el pistón en sentido contrario y los contactos se separan

Sensores de inclinación

Abren o cierran el circuito de acuerdo al ángulo de inclinación al que se somete. Un ejemplo son los contactos de mercurio, que consisten en un cilindro (por lo general de vidrio) en el que existen dos contactos a cerrar y una cantidad suficiente de mercurio que se puede deslizar a un extremo u otro del cilindro y cerrar los contactos.

Sensores de nivel

Los sensores de nivel líquido se usan con frecuencia cuando se necesita medir y controlar el volumen de un líquido en un recipiente. Constan de un flotador, unido a una palanca, que une los contactos al llegar a la posición deseada.

Sensores de luz

Los sensores detectan la energía lumínica que reciben, dependiendo el tipo de sensor cambia la forma en que se comportan. Por ej, la fotorresistencia aumenta su resistencia cuanta mas luz recibe y el fotodiodo, deja circular mas corriente, al recibir luz

Sensores de temperatura

Par bimetálico: Popularmente conocidos como termostatos, Constan generalmente de una pieza formada por dos metales con distinto coeficiente de dilatación térmica, la cual se deforma según un arco circular uniforme cuando se produce un cambio de temperatura. Este tipo de sensores se fabrican para detectar temperaturas desde -75°C hasta +540°C
Termistores: son dispositivos basados en óxidos metálicos semiconductores que exhiben un gran cambio en su resistencia eléctrica cuando se someten a cambios relativamente pequeños de temperatura. La mayoría se diseñan para trabajar en el rango de -50°C a 150°C. Los termistores son particularmente adecuados para aplicaciones de baja temperatura sobre rangos limitados
Termocupla: son transductores de temperatura constituidos por dos alambres conductores hechos de metales diferentes y soldados por uno de sus extremos formando una unión. Al calentar esta última (unión de medida), se produce entre los extremos de la termocupla (uniones frías) un voltaje proporcional a la diferencia de temperaturas entre la  unión caliente y cualquiera de las uniones frías



Cuestionario:

Para cada uno de los siguientes sistemas, nombrar el sensor que utilizaría, la magnitud que está midiendo y la unidad en la que esa magnitud se mide

1_Alarma de incendio
2_Termotanque eléctrico
3_Puerta de ascensor, de apertura automática
4_Puerta de entrada de supermercado
5_Heladera hogareña