Mediciones De Desplazamiento Y Area

Muchos transductores son excelentes dispositivos para la medición de desplazamientos. En el presente trabajo se examina el tema general de las mediciones de dimensiones y de desplazamiento y se indican algunas de las técnicas e instrumentos que se pueden utilizar para este fin.

Las mediciones dimensionales son mediciones del tamaño de un objeto, en tanto que una medida de desplazamiento implica la medición del movimiento de un punto de una posición a otra. Una medición del área de una figura geométrica estándar es una combinación de mediciones dimensionales apropiadas en correcta relación analítica. Por lo general, la determinación de áreas de formas geométricas irregulares comprende una integración mecánica, gráfica o numérica.

Las mediciones de desplazamiento pueden hacerse bajo condiciones estacionarias y transitorias. Las mediciones transitorias no las abarcaremos en este tema ya que solo nos ocuparemos de las mediciones estacionarias.

MEDICIONES DIMENSIONALES

Todas las mediciones dimensionales se relacionan con las unidades estándar de longitud. Las mediciones dimensionales simples con una exactitud de ± 0.01 in (0.25 mm) puede hacerse con escalas metálicas para mecánico graduadas, o reglas de madera que tienen marcas grabadas con exactitud; para mediciones dimensionales grandes, las cintas metálicas son más convenientes. Por lo general los errores principales de dichos dispositivos de medición además de los errores de lectura, resultan de la expansión o contracción térmica de la escala. En las cintas largas de metal usadas para levantamientos topográficos, las alteraciones mencionadas pueden representar un error de consideración, en especial cuando se usan bajo condiciones extremas de temperatura. Sin embargo, puede observarse que los efectos de la expansión térmica representan errores fijos, que pueden corregirse con facilidad cuando se conoce la temperatura sobre la medición.

Los calibradores vernier son una modificación muy práctica de la escala metálica, para mejorar la lectura de este instrumento. La construcción del calibrador se muestra en la figura 1 y una vista amplificada de la escala vernier aparece en la figura 2. El calibrador se coloca en el objeto que se va a medir y se hace girar el tornillo de ajuste fino hasta que las quijadas hagan contacto contra la pieza de trabajo. Los incrementos a lo largo de la escala primaria están en 0.025 in. La escala vernier mostrada se usa para leer incrementos de 0.001 in (0.025 mm), de modo que tienen 25 incrementos iguales (0.001 es 1/25 de 0.025) y una longitud total de 24/25 veces la longitud de las graduaciones primarias de la regla. En consecuencia, la escala vernier no se alinea perfectamente con la escala primaria, y la razón del último número coincidente en el vernier a la longitud total del vernier es igual a la fracción de una división completa de la escala primaria indicada por la posición del índice. En el ejemplo de la figura 2, la lectura es 2.350 + (15/25)(0.025)=2.365 in.

Figura 1. Calibrador Vernier.

Los calibradores micrométricos que se ilustran en la figura 3 representan un dispositivo de medición más preciso que los calibradores vernier. En lugar de arreglo de la escala vernier, se usa la rosca de un tornillo calibrador con divisiones en la escala circunfencial, que indica la parte fraccionaria de las divisiones en la escala primaria. Con objeto de obtener la máxima efectividad del micrómetro, debe tenerse cuidado de tener una presión consistente en la pieza de trabajo. El dispositivo de trinquete con resorte en el maneral hace posible que el operador mantenga dicha condición. Cuando se usa en forma apropiada, el micrómetro puede emplearse para la medición de dimensiones hasta de 0.0001 in (0.0025 mm). Los indicadores de caratula son dispositivos que realizan una amplificación mecánica del desplazamiento de una manecilla o seguidor con objeto de medir desplazamientos cercanos a 0.001 in. Dichos indicadores contienen una cremallera de engrane, conectada a un eje sensor de desplazamiento; esta cremallera engrana con un piñón que se usa para amplificar el movimiento mediante un tren de engranes. La lectura de salida se efectúa en una caratula circular.

Figura 2. Vista ampliada de la escala Vernier.

Ejemplo 1. Se usa una cinta de acero de 30 m (a 15ºC) para trabajos de levantamiento en el verano de modo que la temperatura de la cinta al sol es 45ºC. Una medición indica 24.567 ± 0.001 m y el coeficiente de dilatación lineal es 11.65 x 〖10〗^6/ºC a 15ºC. Calcule la medición de distancia verdadera.

SOLUCION. La longitud indicada de la cinta seria el valor verdadero si se hubiera medido a 15ºC. A la temperatura elevada, la cinta se dilató y, en consecuencia, señala una distancia demasiado pequeña. La longitud real de la cinta de 30 m a 45ºC es

L(1+ α ΔT)=[1+(11.65 x 〖10〗^(-6) )(45-1)](30)=30.010485 m

Tal longitud verdadera se indicaría como 30 m. la lectura verdadera para la situación anterior es, por lo tanto

(24.567)[1+(11.65 x 〖10〗^(-6) )(45-15)]=24.576 m

BLOQUES DE CALIBRACIÓN

Los bloques de calibración representan estándares industriales de dimensión. Son bloques pequeños de acero de cerca de 3/8 x 1/8 de pulgada, con superficies paralelas perfectamente pulidas. Los espesores de los bloques se especifican de acuerdo con las siguientes tolerancias:

Grado del bloque Tolerancia, µin *

AA 2

A 4

B 8

* Las tolerancias son para bloques con menos de 1 in de espesor; para espesores mayores las mismas tolerancias son por pulgada.

Figura 3. Micrómetro.

La gama de espesores de los bloques calibradores permite agruparlos en la forma que con un juego de 81 bloques puede obtenerse cualquier dimensión entre 0.100 y 8.000 con incrementos de 0.0001 de pulgadas. Los bloques se colocan en forma de columna mediante un proceso de presión con torsión. Con las superficies perfectamente limpias, las superficies de metal se unen deslizando una sobre otra mientras se ejerce una presión sostenida. Las superficies son lo bastante planas, de modo que cuando el proceso de presión con torsión se ejerce en forma correcta, se adhiere como resultado de la atracción molecular. La fuerza de la adhesión puede ser hasta de 30 veces la presión atmosférica.

Debido a su alta exactitud, los bloques calibradores se usan con frecuencia para calibrar otros dispositivos de medición dimensional. En mediciones muy precisas, pueden usarse para pruebas de comparación dimensional directa con una pieza maquinada. La lectura de los fabricantes de bloques calibradores

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