METODOS DE MEDICIÓN EN BASE A DEFLEXIÓN D EFLEXIÓN Y AJUSTE DE CERO MEDIDAS DIRECTAS E INDIRECTAS Desde el punto de vista de la forma o procedimiento para obtener el valor de una magnitud, las mediciones (al igual que las medidas) se clasifican en directas e indirectas. Las primeras son aquellas que proporcionan el resultado mediante la lectura de un instrumento. Las medidas indirectas son aquellas en que el resultado buscado es obtenido por cálculo, utilizando una fórmula o una ley física que relacione las cantidades medibles directamente con la cantidad que se desea obtener. Normalmente, las medidas directas son más convenientes y rápidas que las indirectas. En consecuencia deben ser las elegidas siempre que cumplan con todos los requisitos exigidos por el problema de medida.
METODOS DE MEDICIÓN Se pueden realizar medidas directas e indirectas utilizando dos métodos generales: 1) Métodos de Deflexión 2) Métodos de Cero Métodos de Deflexión En estos métodos, la deflexión del instrumento constituye la base de evaluación de la magnitud. La señal, magnitud, produce en el instrumento un efecto (generalmente un desplazamiento) y este efecto origina otro similar, pero opuesto, en alguna parte del instrumento. La lectura es posible cuando ambos efectos se equilibran. La deflexión es, en cualquier caso, proporcional a la magnitud desconocida. Método de Cero En los métodos de cero la indicación nula o cero de un instrumento lleva a determinar la magnitud a partir de otras condiciones conocidas. Por tanto, la deflexión del instrumento no constituye la base para la evaluación de la magnitud. Además, en los métodos de cero, el efecto de oposición es equilibrado en todo instante.
A continuación se resumen las ventajas, desventajas y características de ambos métodos.
METODO DE CERO Requieren, en el acto de la medición, un conocimiento exacto del efecto opositor La exactitud y precisión de la medición no dependen de la calibración y exactitud del instrumento indicador de cero. Dependen de la exactitud de los patrones Son adecuados para mediciones de alta precisión y exactitud, a lo largo de todo el rango. Los instrumentos pueden ser simples y poco costoso El resultado de la medición se determina por la posición e indicación de los patrones. La medición es indirecta El indicador de ³cero´ no necesita ser calibrado. Es suficiente solamente el punto ³cero´ y la indicación de la dirección de la desviación Se requiere solamente una gran sensibilidad del instrumento alrededor del ³cero´ en un rango muy pequeño Inadecuados para mediciones dinámicas. Se debe corregir el error.
METODOS DE DEFLEXION No requieren un conocimiento inmediato del efecto opositor La exactitud y precisión de la medición dependen de la calibración y exactitud del instrumento indicador La exactitud relativa es variable a lo largo de la escala. Una alta exactitud en la medición implica muy alta calidad y costo mayor del instrumento El resultado se obtiene por la lectura directa de la indicación del instrumento El instrumento debe ser calibrado previamente a lo largo de toda la escala y en ambas direcciones Se requiere, para una buena medición, una gran sensibilidad del instrumento a lo largo de toda la escala y rangos. Adecuados para mediciones dinámicas.
CLASIFICACION DE LOS METODOS DE MEDICION Se han ideado un gran número de diferentes métodos de medición que han resultado útiles. En ellos se utiliza una amplia gama de técnicas y enfoques. En un caso determinado, para elegir entre todo este grupo deben examinar todos los factores que intervienen, exactitud pedida, costo, tiempo, conveniencia y disponibilidad de instrumentos. Para constituir una base para un estudio completo se describen dos tipos de medidas, directas e indirectas. Los métodos de medida se clasifican en dos grandes categorías, métodos de deflexión y métodos de cero. Cabe aclarar que dentro de los métodos de deflexión se encuentran los instrumentos con indicación digital. Aquí trataremos de subdividirlos a su vez en otros tipos básicos. Se describen varios métodos de deflexión de uso extendido, así como unos cuantos métodos especiales. Principalmente se presentan ejemplos de corriente continua y baja frecuencia. Sin embargo, se debe considerar que en las medidas eléctricas de alta frecuencia se siguen métodos y conceptos similares.
Mediciones absoluta y relativa: Medición absoluta: es aquella en la cual la cantidad a medir se compara directamente con los patrones fundamentales arbitrarios de masa, longitud, tiempo e intensidad de corriente. Son mediciones de laboratorio que requieren personal sumamente especializado.
Medición relativa: son todas aquellas en la que la cantidad a medir se compara con patrones secundarios. Los factores que influyen para la el ección de una medición relativa son: a. Exactitud requerida. b. Disponibilidad de instrumental. c. Costo. d. Tiempo requerido para la medición. e. Conveniencia.
Medidas directas e indirectas: Las medidas directas: son aquellas en que el resultado deseado se obtiene inmediatamente en la forma de datos primarios. Por ejemplo, si se trata de determinar la corriente de un circuito, puede medirse directamente con un amperímetro. Las medidas indirectas: son aquellas en que el resultado buscado es obtenido por cálculo a partir de los datos primarios, como una operación separada, utilizando una fórmula o una ley física que relacione las cantidades medidas con la cantidad que se desea obtener. Por ejemplo, si se quiere determinar la caída de tensión en una resistencia, se puede medir la resistencia y la corriente que la atraviesa, calculándola mediante el producto de ambas cantidades medidas. Normalmente las medidas directas son más convenientes y rápidas que las indirectas. En consecuencia se deben elegir siempre que cumplan con todos los requisitos exigidos por el problema de medida. Como ejemplo es preferible un vatímetro que da indicación directa de potencia, desde el punto de vista de conveniencia, al cálculo de la potencia a base de medir el voltaje y la corriente. Sin embargo, puede ocurrir que la exactitud posible con la medida directa sea menor que la que se puede conseguir con la indirecta. Esto puede parecer extraño, ya que los distintos pasos necesarios para la medida indirecta van acumulando errores, pero puede quedar aclarado estudiando un poco más a fondo las medidas directas. La distinción entre medidas directas e indirectas es de gran importancia práctica, pero realmente hay poca diferencia fundamental entre ambas. En muchos casos la medida directa se hace con un instrumento que responde a las mismas cantidades que habrían de ser medidas en el caso
indirecto, pero que hace el cálculo automáticamente. Por ejemplo, un voltímetro cuya escala ya tiene en cuenta el cálculo del producto de la corriente y la resistencia; este voltímetro da una lectura de la caída de tensión, pero es un amperímetro en serie con una resistencia conocida. De la misma manera se puede hacer un vatímetro cuya aguja presenta una deflexión que depende del producto de las corrientes que atraviesan dos bobinas separadas. Si la corriente de una bobina es la de la carga, y la de la otra bobina es proporcional a la tensión de la carga (se puede utilizar una resistencia conocida en serie), entonces se puede calibrar la escala en vatios, pero en esencia este instrumento de lectura directa no mide directamente potencia. En los métodos directos la exactitud depende del instrumento al realizar el cálculo que habría de hacerse por separado de haber utilizado el método indirecto. Teniendo en cuenta que el cálculo del instrumento, siempre contiene algún error, se verá claro por qué las medidas indirectas, que no implican error en el cálculo, pueden ser susceptibles de mayor exactitud. Más aún, algunos instrumentos de lectura directa se han diseñado principalmente por conveniencia, y no pretenden tener una gran exactitud.
Métodos de medida Se pueden realizar medidas directas e indirectas utilizando dos métodos generales:
Métodos de deflexión: son aquellos en que la indicación de un instrumento da la base para determinar la cantidad.
Métodos de cero: son aquellos en que la indicación nula o cero de un instrumento lleva a determinar la cantidad a partir de otras condiciones conocidas.
Los métodos de deflexión que dan una lectura directa de la cantidad se basan en la calibración del instrumento. La distinción principal entre los métodos de deflexión y de cero es que en el primero en el instrumento se produce una deflexión, mientras que en el segundo la indicación es tan próxima a cero como sea posible. Normalmente los métodos de deflexión son instintivamente aceptables con una simple explicación, mientras que algunos métodos de cero tienden a ser más complicados. Los métodos de cero a menudo son capaces de dar mayor precisión que los de deflexión, y se prefieren en trabajos de gran exactitud. Los métodos de deflexión están expuestos a errores de instrumental, especialmente cuando dependen del calibrado de los aparatos. Los métodos de cero algunas veces necesitan de múltiples ajustes para obtener una indicación de cero, mientras que los de deflexión pueden ser muy rápidos. Sin embargo, hay algunos métodos de cero que son en la realidad más fáciles y rápidos de ejecutar que los de deflexión. Más aún, hay instrumentos de control automático, comercialmente asequibles, que mantienen el cero continuamente bajo condiciones cambiantes, y que eliminan la necesidad de ajustes m anuales. Se pueden clasificar los métodos de deflexión y de cero dentro de las subdivisiones que se indican en la figura. La primera categoría general incluye una variedad de métodos que no encajan propiamente en ningún otro sitio. Los métodos básicos de uso general incluyen el método de comparación, de sustitución y el diferencial. Hay muchos otros métodos con nombres especiales. Con frecuencia los métodos reciben el nombre de la persona asociada a su desarrollo. Esto es particularmente así, en los circuitos puente en que para describir el circuito se utilizan nombres tales como, Kelvin, Schering, Campbell, Wien y muchos otros. Pero los métodos de puente son básicamente métodos de comparación. Las denominaciones personales, aunque merecidas, en ocasiones crean confusión desde el punto de vista de l os principios que en ellos se utilizan. Por otra parte, hay métodos adicionales, que no aparecen específicamente en la figura, que merecen una denominación especial basada en el principio utilizado. Por ejemplo, el método balístico en que un impulso eléctrico produce un resultado mensurable. El método balístico se utiliza para determinar el flujo magnético induciendo una fuerza electromotriz, f.e.m., de corta duración en el circuito de un galvanómetro. La carga que fluye en el circuito es proporcional al cambio en las concatenaciones del flujo y puede determinarse por la deflexión del galvanómetro balístico. Hay muchos métodos difíciles de clasificar a partir de sus denominaciones normales. Por ejemplo, hay métodos de: resonancia, heterodinos, retroalimentación, línea de transmisión, y muchos otros. Un estudio cuidadoso de los principios en que se basan puede revelar que pertenecen con propiedad a alguna de las categorías de la figura. También pueden representar una combinación de dos métodos separados, como en el caso del método del puente de resonancia. La realidad es que el campo de las medidas se ha desarrollado en tantas direcciones diferentes que es casi imposible organizarlos dentro de grupos definidos. El entendimiento del método en sí es, por
supuesto, mucho más importante que decidir su clasificación. Sin embargo, esta clasificación puede ser útil para organizar las ideas y resaltar la similitud que existe entre métodos del mismo tipo básico.
Métodos de deflexión: Método general: son las mediciones típicas, por ejemplo la medición de la caída de potencial con un voltímetro o la intensidad de corriente con un amperímetro. Pueden ser mediciones indirectas también, por ejemplo la medición de resistencia con voltímetro y amperímetro. Otro ejemplo sencillo es la medición de la caída de potencial sobre una resistencia conocida para determinar la intensidad de corriente que circula por ella. No obstante, los métodos generales de deflexión no se limitan a aplicaciones de corriente continua. Un caso elemental de corriente alterna es la determinación de la inducción mutua M, entre dos bobinas mediante un método voltiamperimétrico de corriente alterna. El amperímetro se coloca para medir la corriente eficaz aplicada a una bobina, mientras que el voltímetro, conectado a través de la otra bobina, mide la fuerza electromotriz inducida (con error pequeño sí la impedancia del voltímetro es grande comparada con la de la segunda bobina). Si la frecuencia angular = 2f es conocida se puede calcular M por la relación entre la lectura del voltímetro y la del amperímetro que es igual a M.
Método de comparación: es aquel que compara una magnitud desconocida con otra de la misma especie conocida. El patrón y la incógnita coexisten en la medición. El ejemplo típico es el contraste de un amperímetro.
Otro ejemplo es la comparación entre dos resistencias.
Se utiliza el voltímetro para comparar la caída de potencial en R1 con la caída en R2, teniendo en cuenta que la caída de potencial en las resistencias es proporcional a ellas. Hay que tener cuidado, pues la proporción puede ser distorsionada si la resistencia del voltímetro RV no es suficientemente grande.
Método de sustitución: este método es capaz de dar una medida muy exacta de una cantidad desconocida, en función de un patrón igual conocido con el que se compara directamente. Puede evitar errores debidos al calibrado de los instrumentos y a los efectos de la carga que introduce. Más aún, también se evitan errores debidos a la resistencia de los terminales, a la f.e.m. térmica de los contactos eléctricos y a otras causas. No obstante puede ser costoso, ya que se debe disponer de un patrón conocido del mismo valor que la cantidad desconocida que se quiere medir. La idea fundamental del método de sustitución es reemplazar la cantidad desconocida por un patrón, ajustado de tal forma que los efectos que produce al ser introducido no se pueden distinguir de los producidos por la cantidad desconocida. Por lo tanto, este método puede considerarse como un caso especial del método de comparación. En el método de sustitución la cantidad desconocida es literalmente reemplazada por el patrón con que se compara y el patrón no se energiza ni mide simultáneamente, como suele ocurrir en el método de comparación.
En la figura anterior se da un esquema en líneas generales de las características esenciales del método de sustitución. La fuente de energía puede ser una fuente de corriente continua, alterna o prácticamente cualquier fuente de señal. El requisito principal es que la fuente sea constante, durante el tiempo en el cual se realiza la medición. Esta condición no es muy estricta, ya que se pueden realizar dos medidas en secuencia muy rápida, y la carga de la fuente durante las dos medidas, de la cantidad desconocida y el patrón, es prácticamente igual. Se puede utilizar cualquier instrumento que sea sensible al paso de energía de la fuente a la carga desconocida o patrón, para dar una idea de la diferencia entre la cantidad desconocida y el patrón. El instrumento no necesita estar calibrado, ya que la diferencia que indica queda reducida a cero en el ajuste final del patrón. El procedimiento consiste en ajustar el patrón por pasos sucesivos, hasta que el instrumento de la misma lectura sea cual fuere la carga conectada. Entonces se deduce que la cantidad desconocida y el patrón son iguales. Este método se acerca al ideal para trabajos muy exactos. Por ejemplo, un óhmetro de cuyo calibrado no se puede confiar, puede ser utilizado para medir una resistencia desconocida de forma muy satisfactoria. El óhmetro contiene en sí el generador y el instrumento sensible. Se puede conectar, en primer lugar, la resistencia desconocida y luego sustituida por una resistencia conocida que produzca la misma deflexión. De esta forma se determina la cantidad desconocida, aún cuando el óhmetro no esté perfectamente calibrado ya sea por, no poder ponerse a cero o tenga shunts defectuosos. Mientras que produzca una deflexión que sea sensible a la resistencia conectada a través de sus terminales, puede ser utilizado para determinar una resistencia con el método de sustitución. Pese a que la disposición del interruptor no es una parte esencial del método se debe tener en cuenta, ya que la fuente de alimentación se conmuta durante la sustitución. El cambio de la cantidad desconocida por el patrón se puede conseguir de una forma muy rápida con un interruptor. Se suele utilizar un interruptor que sea capaz de efectuar una conmutación muy rápida, de forma tal que después del ajuste final del patrón, se puede cambiar repetidas veces del valor desconocido al patrón sin que se aprecie cambio alguno en la lectura del instrumento.
Método diferencial: en muchas medidas, es importante el cambio de una cantidad a partir de su valor inicial. Más aún, cuando el cambio puede ser solamente un porcentaje pequeño del valor de la cantidad, el método diferencial es el adecuado. La idea general es, en primer lugar, conseguir un dispositivo que equilibre el valor inicial de la cantidad, de forma que el instrumento que indique el cambio esté inicialmente indicando el valor cero. Por lo tanto cualquier variación de la cantidad queda reflejado en la lectura del indicador. Es esencial que el sistema utilizado para equilibrar el valor inicial de la cantidad sea estable; de otra forma, los subsiguientes cambios indicados por el instrumento pueden quedar enmascarados por el cambio de referencia. Este método es fundamentalmente de comparación. Se compara una cantidad ligeramente variable con una cantidad fija de referencia. Se diferencia del método de comparación por su capacidad de producir una medida directa de dos cantidades iguales.
Un diagrama funcional del método diferencial se presenta en la figura. La cantidad que puede cambiar es una tensión, una resistencia, o cualquier otra cantidad eléctrica. Puede variar por encima o por debajo del valor dado por la referencia estable. El método diferencial es particularmente útil cuando el instrumento da una indicación directa de la variación sin necesidad de cálculo o corrección posterior. Esto resulta difícil ya que algunas veces debido a la extracción de corriente por parte del instrumento indicador cuando actúa como carga del sistema. En la mayoría de los casos, la impedancia del instrumento sensible deberá ser grande en comparación con la impedancia resultante del sistema a medir y la referencia estable. Los efectos de carga por diferencia entre los niveles de impedancia se podrán despreciar o no según sea el caso particular. El método diferencial es útil cuando se desea medir pequeñas variaciones o fluctuaciones con valores medios muy elevados; por ejemplo zumbido, ripple o verificar la regulación de una fuente de corriente continua. Como ejemplo se verá el procedimiento para efectuar la medición de la regulación de una fuente de corriente continua, puesto que generalmente VSO VSC. Se define como regulación a la variación de la tensión de salida de una fuente con carga máxima con respecto a la tensión de salida en vacío.
La regulación nos dice en cuenta varía la tensión de salida para una variación en la corriente de carga. La regulación depende exclusivamente de la resistencia interna que posee la fuente, y el fabricante la específica para el valor máximo de carga. Mientras que la estabilidad de la fuente se refiere a la variación de la tensión de salida debido a la variación de la tensión de entrada. Si se supone que se tiene una fuente de alimentación de corriente continua cuyas características son: VSO =
250 V
r[%] = 0,1 %
VSC =
249,95 V.
Suponiendo un voltímetro digital de 3 ½ dígitos con alcance de 750 V; la lectura sería de 249 o sea que una variación de 0,05 V no se puede apreciar. Lo que se hace es tomar una fuente de referencia y se utiliza el circuito siguiente:
La medición se realiza según el siguiente procedimiento: a. Se ajusta la tensión de referencia hasta que la indicación del voltímetro sea cero y esto ocurrirá cuando VA = VB. b. Cuando se cierre la llave la tensión en A baja y la diferencia VA - VB se mide con el voltímetro, pero como sólo mide la diferencia se puede utilizar el instrumento en la escala de 200 mV por lo que obtendrá como lectura 50,0 mV.
Método de resonancia: como su nombre lo indica, se trata de obtener la resonancia serie o paralelo del circuito. Por ejemplo se encuentra el medidor de factor de Mérito o Q-metro. El circuito elemental es:
El capacitor variable tiene asociado un dial g raduado. Suponiendo que el Q del circuito es mayor que 10 se tendrá:
Si Vg es constante se puede recalibrar la escala de Vc en valores de Q. Por medio de una medición indirecta se puede obtener Lx.
Se puede convertir en una medición directa, si se fija la frecuencia y sé recalibra el dial del capacitor en valores de inductancia.
Métodos de cero: Aunque los métodos de medida por deflexión son ventajosos por su rapidez y comodidad son incapaces de proporcionar la precisión que se requiere en muchos casos. Frecuentemente hay que recurrir a los métodos de medida por cero si se quiere mejorar la precisión. Algunos métodos de medida por cero incluso presentan ventajas operativas sobre los métodos por deflexión. En el método de cero se determina una cantidad a partir de otras magnitudes conocidas cuando un instrumento marca cero. Es necesario que la sensibilidad del instrumento sea adecuada, pero no requiere calibración. Por lo tanto, se encuentra libre de errores atribuibles a la calibración del instrumento. Los resultados obtenidos con el método de cero dependen de otras condiciones del sistema. Por ejemplo, los elementos del circuito o sus relaciones se suponen conocidos por algún procedimiento. Se supone que las intensidades de corrientes, tensiones o frecuencias son estables en muchas ocasiones. Existe un riesgo al emplear métodos de cero, pues las desviaciones de las condiciones que se suponen conocidas no se manifiestan siempre por sí mismas. La diferencia entre resultados legítimos e ilegítimos, en todas las medidas, se pueden atribuir mayormente a la técnica y habilidad de la persona que realiza la medición, pero muy particularmente al método de cero. Efectuando sucesivos ajustes experimentales suele acercarse a las condiciones en las que se obtiene el cero. En las últimas etapas de ajuste la sensibilidad del detector de cero debe ser tal que indique el menor cambio de cualquier magnitud que afecte al cero. Esto algunas veces requiere una gran sensibilidad. Sin embargo, si en los pasos previos se usara la misma sensibilidad, el instrumento podría quedar dañado permanentemente por excesiva sobrecarga. En consecuencia, el procedimiento usual es ajustar la sensibilidad del detector conforme se va alcanzando el cero. Esto se efectúa fácilmente mediante shunts. Todas las operaciones manuales
pueden dominarse con un poco de práctica, y no es preciso que sean demasiado complicadas o largas, si se opera con juicio y destreza. Debe entenderse claramente que una indicación de cero no significa que se ha obtenido un resultado matemáticamente cero. Siempre existe una desviación del cero, aunque puede no ser observable en el detector de cero empleado. Aumentando la sensibilidad se manifestará esta desviación experimentalmente. La desviación de cero puede atribuirse a la deriva de la corriente o a la inestabilidad de los elementos del circuito. Aun eliminando tales efectos quedan otros efectos residuales como el ruido térmico de las resistencias, pequeñas f.e.m. que aparecen en la unión de metales diferentes, o fluctuaciones inherentes al instrumento. Estos efectos establecen un límite superior para la sensibilidad. En una situación determinada la sensibilidad que se emplee no debe ser superior a la necesaria para detectar los cambios significativos más pequeños. Elevar la sensibilidad es el método más torpe y lento de alcanzar el cero. Con un diseño experimental adecuado es posible controlar las condiciones de modo que se pueda utilizar una sensibilidad adecuada sin serias perturbaciones debidas a los efectos residuales.
Método general: la mayoría de los métodos de cero se clasifican en dos categorías: por comparación o sustitución. Sin embargo, existen métodos especiales y también algunos métodos combinación de cero y deflexión. Algunos métodos no pertenecen a ninguna categoría particular y se les designa como métodos generales. Por ejemplo un elemento llamado discriminador, empleado en la detección de señales moduladas en frecuencia, puede usarse como base de un método de cero para determinar frecuencias. Está compuesto por circuitos resonantes y rectificadores, diseñados para producir una diferencia de potencial de corriente continua en función de la frecuencia de entrada al discriminador, como indica la figura
Este sistema se puede emplear para ajustar un oscilador a la frecuencia f 0, al obtener una lectura nula en un voltímetro conectado a la salida del discriminador. Si no se necesita exactitud, se podrá utilizar ya que permite realizar un rápido ajuste.
Método de comparación: cuando se emplea un método de comparación, en el método de cero se puede evitar los efectos de carga que se tienen a menudo cuando el mismo método se utiliza con deflexión. Además no es de importancia la calibración del instrumento. Ejemplos pueden ser los puentes de corriente continua en los cuales se compara la resistencia a medir con las resistencias del puente, puentes de corriente alterna, potenciómetros, etc. Como ejemplo la medición de la inductancia mutua de un inductor desconocido, en función de una inductancia mutua patrón Mp, ajustable hasta el valor Mx.
Se deben conectar de forma tal que en el primario los flujos se sumen y en el secundario se resten; por lo que las tensiones inducidas en el secundario tendrán sentido opuesto. Por lo tanto, variando Mp hasta lograr la indicación nula en el detector, en cuyo caso:
Como la intensidad de corriente es l a misma:
Método de sustitución: utilizando un método de cero por sustitución se pueden obtener resultados esencialmente tan exactos como el patrón disponible. Se tendrán errores despreciables debidos a incertidumbres en otros elementos del circuito y se minimizan los efectos parásitos. La principal diferencia que se tiene cuando se aplica el método de cero por sustitución es la posibilidad de una comparación más sensible del patrón y la incógnita. Esto implica la dificultad práctica, no frecuente en el método de deflexión, de obtener un patrón casi igual a la incógnita, cosa virtualmente inalcanzable. Una pequeña diferencia entre el patrón y la incógnita puede estar
dentro del umbral de observación en el método de deflexión, pero en el método de cero está diferencia será muy amplificada y no se obtendrá el cero. Por ejemplo si se quiere medir una resistencia cuya tolerancia es de 0,1%, se puede recurrir al puente de Wheatstone
Si se efectúa una sola medición en estas condiciones sería:
R3' valor de R3 que equilibra el sistema. El valor de la incógnita se obtiene propagando errores:
Para disminuir el error se puede recurrir al método de Gauss, o sea intercambiar R3 por la incógnita:
Multiplicando las expresiones (1) y (2)
Propagando errores:
Método diferencial: el método diferencial, es en el que la deflexión de un instrumento indica la diferencia entre dos cantidades. Este método es muy útil, pero puede tener errores debido a los efectos de la carga del indicador. También constituyen una limitación importante los errores del instrumento. El método de cero tiene el inconveniente de requerir ajustes de cero para cada resultado diferencial, pero a cambio se obtiene un aumento de la sensibilidad y de la exactitud. Un cero inicial es esencial a todo método diferencial. De aquí que cualquier dispositivo de cero pueda usarse como un método diferencial de deflexión, usando la salida del detector como una indicación del cambio de la cantidad. Por otra parte, si se ajusta el circuito para obtener un cero al compensar el cambio en la cantidad, no hay distinción en principio, del método de comparación por cero. Sólo existe una diferencia en el detalle. Generalmente, los métodos de comparación por cero que tienen rango restringido para operar solamente sobre pequeñas diferencias entre dos cantidades caen en la clasificación de diferenciales. Los dispositivos usados incorporan elementos especialmente diseñados que proporcionan control preciso y diales de lectura directa de pequeñas diferencias. Entre ellos se encuentran algunos potenciómetros diferenciales, y puentes especiales de corriente continua usados para comparar dos resi stencias casi iguales. Un ejemplo sencillo del método diferencial de cero aplicado a la medida de temperatura utilizando como sensor un termopar.
La resistencia de control R es muy inferior a las resistencias R1 y R2 de modo que la caída total en R es pequeña en comparación con la f.e.m. E. Cuando el control R se ajusta para un cero (intensidad de corriente en ele galvanómetro cero) la f. e.m. del termopar está dada por: Et = I . (R 2 + k . R) Donde k es la fracción de R en la parte inferior del control. Cuando exista un cambio de temperatura en la unión del termopar, Et cambia a Et +Et , k se reajusta a k +k, de modo que el cero se restablece, entonces: Et +Et = I . (R 2 + k . R + k . R) Evidentemente el cambio de la f.e.m. del termopar es proporcional al cambio de k. Et = I . R . k Si se normaliza la intensidad de corriente I en función de una pila patrón, como en un potenciómetro, y permanece constante, el dial puede calibrarse directamente en grados. Esto sería una calibración para un propósito muy especial restringida a un solo tipo de termopar. Se puede obtener una mayor flexibilidad si se calibra el dial directamente en microvoltios y la temperatura se hallaría refiriéndose a la característica temperatura f.e.m. del tipo de termopar utilizado.
Métodos combinados cero deflexión: Algunas veces es necesario o conveniente usar el método de cero y deflexión combinados. Un ejemplo de ello es el siguiente: Por las bobinas con núcleo de hierro usadas como choques o filtros generalmente circula corriente continua. Esta corriente continua aumenta la densidad de flujo en el núcleo y altera la permeabilidad magnética, y por lo tanto la inductancia. Para estudiar dicho fenómeno se puede utilizar un puente para medir la inductancia, mientras que un amperímetro indica
simultáneamente la circulación de corriente en la inductancia. En la práctica se utiliza un puente de Hay modificado o el de Owen, este último es el que aparece en la figura. La ecuación de equilibrio de este puente es:
La resistencia R regula la corriente continua que circula por la bobina. El capacitor C bloquea el paso de corriente continua al generador Vg. Para cada valor de R se puede equilibrar el puente y determinar el valor de L3.
En forma general se puede dividir cualquier sistema de medición en cuatro bloques fundamentales
En esta cadena funcional pueden faltar el dispositivo auxiliar o el intermedio, pero jamás el primario y el final.
