Calibración de aparatos de medición eléctricos

[mruize85]

Medir de forma precisa el tiempo es relativamente sencillo gracias a los sistemas GNSS. Un receptor GPS de 10€ de los chinos nos permite mantener la cuenta de los segundos transcurridos en cualquier intervalo de tiempo con una precisión cercana sino igual a la de los relojes atómicos. Si le añadimos un preciso oscilador de cuarzo sincronizado obtenemos una precisión exacta hasta el nanosegundo por unos pocos euros. Si somos muy quisquillosos con la exactitud, compramos un reloj atómico, que si bien es caro, uno de segunda mano correctamente calibrado está al alcance de muchos.

Medir de forma precisa el voltaje es algo más complicado. Necesitamos construir una cara y compleja celda electroquímica, cuya construcción no está al alcance de todos. Una alternativa es conformarnos con una precisión de cuatro/cinco dígitos obtenida mediante un diodo zener de precisión mantenido a temperatura constante dentro de un pequeño horno. El problema principal de este método es la necesidad de acceso a un laboratorio de metrología para calibrar la referencia de forma periódica.

Por el contrario, no tenemos (no se me ocurre o encuentro) una forma de medir la corriente o la resistencia eléctrica (con una obtenemos la otra) de forma precisa y suficientemente sencilla para que pueda ser realizable por cualquiera.

Debemos tener en cuenta que por muy preciso que sea un instrumento de medición, si no está correctamente calibrado se convierte en un trasto inútil. Por lo tanto, una propiedad interesante de nuestras referencias es que sean fáciles de calibrar a una precisión determinada sin necesidad de tener acceso a un laboratorio de metrología.

La pregunta es la siguiente: ¿qué mecanismos tenemos a nuestra disposición para la medición precisa de las magnitudes físicas pertenecientes a la electrónica?

AÑADO

Notar el enfoque práctico de la pregunta. Si bien es cierto que existen dispositivos más pedestres como la balanza de Watt u otros tan sofisticados como el efecto Josephson o el efecto Hall cuántico que permiten mediciones muy precisas por no decir exactas de las magnitudes de interés en la electrónica, me parece que no es necesario mencionar que son prácticamente irrealizables para un simple aficionado, por no decir que resultaría totalmente inadecuado trabajar con tales dispositivos de forma habitual.

La intención es obtener formas prácticas y sencillas pero precisas y perfectamente repetibles (una de las propiedades más importantes de la metrología, sino la que más) de medir la tensión, la corriente y la resistencia eléctricas.

Un ejemplo es el diodo zener mantenido a temperatura constante que ya he propuesto. Ofrece una precisión suficiente y es relativamente sencillo de construir y mantener en funcionamiento para un uso habitual (en un multímetro, por ejemplo). Su punto débil es la necesidad de calibrarlo de forma periódica. ¿Existen formas sencillas de obtener voltajes con precisiones de cuatro o cinco dígitos aunque sea sólo de forma temporal (por ejemplo, una pila electroquímica más sencilla y con materiales más accesibles que la del Weston)? ¿Existen formas sencillas de obtener resistencias eléctricas con precisiones de cuatro o cinco dígitos aunque sea sólo de forma temporal?

[alberttoy]

¿Midiendo la masa de plata depositada?
Eso si necesitas controlar muy bien el tiempo.

[hector.ar]

La pila de weston es un clásico para calibrar multimetros.
http://www.ugr.es/~museojtg/instrumento ... rafias.htm
http://www.laboratorioelectricodemetrologia.fi.uba.ar/
Saludos!
Héctor

[JVA]

Considero muy bueno y muy interesante esto de lograr una alta precisión en los instrumentos de medida; yo también ando por ese camino. Sin embargo, tropecé con una pregunta lógica: ¿Para qué? Decidí conformarme con lo que resultara solamente práctico.
Patrones de medida (caseros).
Resistencia: como estuve algunos años fabricando transformadores, tenía alambres de cobre de varias medidas, desde 0,06 mm. Aunque el cobre no es lo más adecuado para fabricar resistencias, esto no me importó, porque podría elejir el diámetro de los alambres, y porque ya los tenía.
Elegí una longitud y un diámetro, digamos 3 m de 0,10; enrollando el alambre en un pequeño tubo de acrílico y aplicando el coeficiente de resistividad del cobre (0,017495) nos da 6,682 Ω. Abría que obtener el valor de la resistividad en alguna fuente más confiable, porque yo lo obtuve promediando diez valores para diferentes diámetros de una tabla publicada por un fabricante de alambres de cobre.
Se puede calcular la resistencia antes de medirla, en función de la temperatura ambiente en ese momento, para evitar la dependencia de un horno a 20/ 25ºC aplicando la ecuación que incluya ese parámetro.
Voltaje: lo más práctico que se me ocurrió fue confiar en un regulador de tensión intregrado de tres terminales, si bien los datos que nos provee el fabricante nos hace ver una tolerancia no muy estricta, pero también están los dispositivos denominados "referencia de tensión", algo más exactos, diría que suficientes a nivel aficionados. Son pequeños, baratos y prácticos. Se podría buscar, en un datasheet, los valores publicados por el fabricante. Cito, sólo a modo de ejemplo, el LM385 de Texas. Supongo que habrá muchos más.
Intensidad: con la misma fuente de voltaje y utilizando la resistencia patrón obtenida, se logra una intensidad de referencia.
Pero insisto, sólo a nivel aficionado sin pretensiones. Si hubiera alguna deducción equivocada, desde ya me estoy disculpando.

[Rovellat]

Añado que lo imprescindible a nivel aficionado, no es la precisión, sinó la disponibilidad; la disponibilidad de tener por lo menos un valor fiable para cada rango, con el que comprobar rapidamente si el equipo de medida funciona, o esta estropeado.

De hecho hace ya mucho que voy tras ello, tengo una caja de resistencias a medio construir de hace algunos años, y tenía pensado crear varias tensiones patrón, pero al final lo voy dejando, .....la de polímetros que tengo que les falla alguna escala, algún día les tocara.

Saludos.

[mgtce]

Yo creo que seria suficiente como aproximación incluso hay resistencias de 0.01% de tolerancia y con reguladores de precisión para tener algo fiable, yo tengo un polimetro de los de 40€ de hace mas de 15 años y hace unos días compre uno nuevo(amprobe), y sigue midiendo exacto. Al menos en tensión e intensidad.

[mruize85]

Añado que lo imprescindible a nivel aficionado, no es la precisión, sinó la disponibilidad; la disponibilidad de tener por lo menos un valor fiable para cada rango, con el que comprobar rapidamente si el equipo de medida funciona, o esta estropeado.

De hecho hace ya mucho que voy tras ello, tengo una caja de resistencias a medio construir de hace algunos años, y tenía pensado crear varias tensiones patrón, pero al final lo voy dejando, .....la de polímetros que tengo que les falla alguna escala, algún día les tocara.

Saludos.

Ese es el mensaje que intento transmitir con mi mensaje. Busco precisiones de unos 4 dígitos, que no son muchos teniendo en cuenta las precisiones de los equipos de medida profesionales. Lo más importante es la exactitud y sobretodo la repetibilidad: más que muchos dígitos lo que se necesita es que la medida esté centrada en el valor real y que nos de siempre el mismo resultado. Otro factor no menos importante para un aficionado es la facilidad de construcción y la disponibilidad de patrones para la calibración. Como mencionan más arriba, la pila de Weston es un excelente ejemplo. Es relativamente sencilla y no necesita ser calibrada, pues por sus propiedades tiene siempre el mismo valor. Algo similar al punto triple del agua en la medición de temperaturas.

[mruize85]

Yo creo que seria suficiente como aproximación incluso hay resistencias de 0.01% de tolerancia y con reguladores de precisión para tener algo fiable, yo tengo un polimetro de los de 40€ de hace mas de 15 años y hace unos días compre uno nuevo(amprobe), y sigue midiendo exacto. Al menos en tensión e intensidad.

Cierto, lo más adecuado es ahorrar un poco y gastar algo de dinero en equipo de medida de calidad. Incluso podemos ahorrar un poco comprándolo de segunda mano y pagando a un técnico para que nos lo calibre correctamente. Sin embargo, este es el punto de vista práctico, pero mi pregunta va un poco más allá. A parte de la utilidad del método en cuestión también busco el placer de poder hacerlo uno mismo sin necesidad de renunciar a la calidad del resultado.

[mruize85]

Considero muy bueno y muy interesante esto de lograr una alta precisión en los instrumentos de medida; yo también ando por ese camino. Sin embargo, tropecé con una pregunta lógica: ¿Para qué? Decidí conformarme con lo que resultara solamente práctico.
Patrones de medida (caseros).
Resistencia: como estuve algunos años fabricando transformadores, tenía alambres de cobre de varias medidas, desde 0,06 mm. Aunque el cobre no es lo más adecuado para fabricar resistencias, esto no me importó, porque podría elejir el diámetro de los alambres, y porque ya los tenía.
Elegí una longitud y un diámetro, digamos 3 m de 0,10; enrollando el alambre en un pequeño tubo de acrílico y aplicando el coeficiente de resistividad del cobre (0,017495) nos da 6,682 Ω. Abría que obtener el valor de la resistividad en alguna fuente más confiable, porque yo lo obtuve promediando diez valores para diferentes diámetros de una tabla publicada por un fabricante de alambres de cobre.
Se puede calcular la resistencia antes de medirla, en función de la temperatura ambiente en ese momento, para evitar la dependencia de un horno a 20/ 25ºC aplicando la ecuación que incluya ese parámetro.
Voltaje: lo más práctico que se me ocurrió fue confiar en un regulador de tensión intregrado de tres terminales, si bien los datos que nos provee el fabricante nos hace ver una tolerancia no muy estricta, pero también están los dispositivos denominados "referencia de tensión", algo más exactos, diría que suficientes a nivel aficionados. Son pequeños, baratos y prácticos. Se podría buscar, en un datasheet, los valores publicados por el fabricante. Cito, sólo a modo de ejemplo, el LM385 de Texas. Supongo que habrá muchos más.
Intensidad: con la misma fuente de voltaje y utilizando la resistencia patrón obtenida, se logra una intensidad de referencia.
Pero insisto, sólo a nivel aficionado sin pretensiones. Si hubiera alguna deducción equivocada, desde ya me estoy disculpando.

Sin duda son métodos correctos y sobretodo prácticos para la mayoría de las mediciones que realizamos. El problema es que no me conformo con tan poco, busco un poco más de precisión y exactitud. El punto triple del agua como referencia de temperaturas es el mejor ejemplo que se me ocurre. Cualquiera que necesite medir la temperatura con gran precisión y exactitud puede realizar un baño isotérmico en su garaje y medirla con la ayuda de un termistor o termopar. No necesita ir a calibrar su referencia a ninguna parte, pues por las propiedades de la misma podemos asegurar, que si se cumplen ciertas condiciones, su temperatura será la misma en cualquier momento y lugar, hasta una determinada precisión. Tenemos un dispositivo similar para el voltaje, la pila de Weston. Mi pregunta es, ¿lo tenemos para las otras magnitudes de interés en electrónica?

[alberttoy]

Insisto en pesar un electrodo antes y después de depositar le plata en un baño electrolítico de AgNO3

La masa y el tiempo se pueden medir con 4 decimales.
Al hacer el "cálculo de error" te quedas bastante peor, pero siempre vas a tener que combinar como mínimo dos magnitudes