Clase 7 - Func de los instrumentos P1

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Introducción al funcionamiento de 
los instrumentos meteorológicos
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOS COMECHINGONES
Observación Atmosférica
La era instrumental
Hidrómetro/aerómetro (a); termómetro florentino (b);
termómetro de Galileo (c); barómetro de Torricelli (d).
Fuentes solares y termoscopios (a,b); la 
retorta de Drebbel (c); termoscopio de Galileo 
(d); Termoscopio de Sanctorius (e,f); 
termómetro de aire de Amotons (g,h); 
termómetro de Poleni (i); termómetro de aire 
de Stancari (j).
Higrómetro de cuerda Sanctorius (a);
reconstrucción del anemómetro de Leonardo (b);
anemómetro a plato siglos XIX/XX (c);
anemómetro con veleta (d).
 La era instrumental (~1600… 1850 - actualidad)
 Mediciones y registros climáticos (~1700 - libretas)
 Nubes y precipitación (clasificación ~1800)
 Estándartización de las mediciones de temperatura (1840 ~ 1880)
 Mediciones de altura (Barriletes – Franklin 1752)
 Globos tripulados (1783 Montgolfier - 1804 Gay Lussac; 1902 León 
Teisserenc de Bort determina la discontinuidad de la tropósfera ~ 
200 ascensiones)
 Instrumentos de altura automáticos
Globos tripulados
1920s
Todos los instrumentos vienen con información sobre sus especificaciones técnicas
Características de funcionamiento de los instrumentos
- Estáticas
 Variación lenta del parámetro a medir (laboratorio)
Las características de funcionamiento estático se establecen por 
medio de la calibración del instrumento: comparar con un patrón de 
incertidumbre conocida.
- Dinámicas
 Variación rápida del parámetro a medir
Los instrumentos de medición son fundamentales para determinar 
la magnitud de un parámetro físico
Las características de funcionamiento estático:
Rango
Intervalo
Resolución
Presición
Sensibilidad estática
Linealidad
Estabilidad 
Peculiaridades: histéresis y umbral del sensor
rango (range)
La diferencia entre los valores máximo y mínimo de un conjunto de 
números dado; en los procesos periódicos, es el doble de la amplitud, 
es decir, la altura de onda.
intervalo (interval; definición de Brock y Richardson, 2001)
Intervalo de medida o de medición. La diferencia algebraica entre los 
límites superior e inferior del intervalo.
resolución (resolution)
El cambio más pequeño que se puede medir de una cantidad.
precisión (precision)
Cualidad de preciso, es decir, que permite medir magnitudes con un 
error mínimo. 
La curva de transferencia es una de las descripciones básicas de las 
características de funcionamiento de un instrumento. Dicha curva 
muestra la salida de un sensor en función del mensurando. La 
pendiente de esta curva representa la sensibilidad estática, es decir, el 
cambio en la señal de salida del sensor basado en un cambio en la 
señal de entrada. Si la respuesta es lineal, la curva de transferencia 
será una recta. En este ejemplo, el eje de las abscisas (x) indica el 
mensurando y el eje de las ordenadas (y) corresponde a la salida del 
sensor.
sensibilidad estática (static sensitivity; Brock y Richardson, 2001)
Pendiente de la ecuación o curva de transferencia. Es una medida de la 
sensibilidad de un sensor en el sentido estático. También la derivada de 
la salida bruta respecto de la entrada.
estabilidad (stability)
Cualidad de estable. Característica de un sistema en el cual una 
perturbación suficientemente pequeña solo produce efectos pequeños, 
ya sea disminuyendo en amplitud u oscilando periódicamente; dicho 
sistema será asintóticamente estable si el efecto de las perturbaciones 
pequeñas desaparece en el transcurso de períodos largos.
histéresis ocurre cuando la señal de entrada al sensor correspondiente 
a una señal de salida dada depende de si la señal de entrada está en 
aumento o disminución. 
umbral (threshold)
Valor mínimo de una magnitud a partir del cual se produce un efecto 
determinado. Los instrumentos de fricción interna requieren una entrada 
para subir desde cero hasta algún valor finito denominado umbral antes 
de responder.
Los instrumentos de medición son fundamentales para determinar 
la magnitud de un parámetro físico
Calibración estática
La calibración de los instrumentos es uno de los principales procesos 
que se emplean para averiguar las características de funcionamiento y 
cuantificar la incertidumbre en las mediciones. La calibración involucra 
tanto el sensor como el instrumento (calibración electrónica) y somete a 
prueba tanto la curva de transferencia como la conversión de la señal 
de salida realizada por el sensor para estimar el mensurando. Por lo 
general, el proceso de calibración requiere la señal de entrada de un 
patrón trazable para verificar la señal de salida del instrumento.
Elementos típicos de un instrumento o de un sistema de mediciones
Registro
Cara
¡No llames al comité del premio Nobel aún! 
nos olvidamos calibrar los instrumentos antes 
del experimento….
Calibración estática: errores
Se puede construir una curva de calibración que muestre el valor 
medido (la señal de salida) a fin de compararla con la curva 
correspondiente al valor de entrada. Las diferencias respecto de la línea 
de identidad son una indicación de error sistemático, que puede 
manifestarse de muchas maneras. Un ejemplo de error sistemático es 
un desplazamiento constante respecto del cero, algo que indica la 
necesidad de calibrar el instrumento a cero. 
El error depende del valor que se mide
termistores
Respuesta dinámica
Cuando el mensurando (la señal de entrada) cambia con el tiempo, 
observamos características de funcionamiento que son el resultado de 
la incapacidad del instrumento de
responder instantáneamente. En tales situaciones, la señal de salida 
del instrumento puede atrasarse respecto de la señal de entrada al 
instrumento. La constante de tiempo (o tiempo de respuesta) se ha 
adoptado para representa esta característica de funcionamiento 
dinámico. El inverso de la constante de tiempo da la resolución 
temporal del instrumento. 
Deriva, histéresis, multiplicación no lineal
Desfase temporal que sufren los sensores de temperatura aerotransportados 
como resultado de los cambios de velocidad de la aeronave (calentamiento 
dinámico). 
La gráfica muestra la temperatura total medida durante las pruebas de cambio de velocidad en 
vuelo nivelado, en las cuales se aumenta y luego se disminuye la velocidad aerodinámica. La 
temperatura se atrasa al valor correcto, de modo que es demasiado baja cuando la aeronave 
acelera y, cuando desacelera, demasiado alta. Si adelantamos todas las mediciones de 
temperatura total a razón de 2,32 segundos, obtenemos la línea verde, libre de histéresis. El valor 
de 2,32 s representa la constante de tiempo de este sensor en particular.
Respuesta dinámica
El funcionamiento dinámico se modeliza mediante ecuaciones diferenciales. Si el instrumento o 
sensor responde linealmente, podemos describir la respuesta con una ecuación diferencial 
lineal. Dicha relación se representa a menudo como una curva de transferencia,
La calibración de este sensor consiste en identificar la relación estática entre M y x.
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