Calibrador

El calibrador o calibrador es un instrumento que se utiliza para medir las dimensiones lineales de un objeto o agujero; es decir, la longitud , el ancho, el grosor, el diámetro o la profundidad de un objeto o agujero. La palabra "calibrador" proviene de una forma corrupta de calibre . ^{[1] [2] [3]}

Existen muchos tipos de calibradores que permiten leer una medida en una escala reglada , un cuadrante o una pantalla digital electrónica . Una asociación común es con los calibradores que utilizan una escala de vernier deslizante .

Algunos calibradores pueden ser tan simples como una brújula con puntas orientadas hacia adentro o hacia afuera, pero sin escala (indicación de medición). Las puntas del calibrador se ajustan para que encajen en los puntos que se van a medir y luego se mantienen en esa distancia mientras se mueven a un dispositivo de medición independiente, como una regla .

Los calibradores se utilizan en muchos campos, como la ingeniería mecánica , la metalurgia , la silvicultura , la carpintería , la ciencia y la medicina .

Caliper es la ortografía estadounidense , mientras que calliper (doble "L") es la ortografía británica.

Una sola herramienta puede denominarse calibrador o calibradores , una forma sólo en plural ( plurale tantum ), como tijeras o anteojos .

En el lenguaje coloquial, la frase "par de vernieres" o simplemente "vernier" puede referirse a un calibrador vernier. En el lenguaje coloquial, estas frases también pueden referirse a otros tipos de calibradores, aunque no implican una escala vernier. En el uso en talleres mecánicos, el término "calibrador" se utiliza a menudo en contraposición a micrómetro , aunque los micrómetros externos son técnicamente una forma de calibrador. En este uso, calibrador implica solo el factor de forma del instrumento.

El calibrador más antiguo se encontró en el pecio griego Giglio , cerca de la costa italiana . El hallazgo del barco data del siglo VI a. C. La pieza de madera ya presentaba una mandíbula fija y otra móvil. ^{[4] [5]} Aunque son hallazgos poco frecuentes, los calibradores siguieron utilizándose entre los griegos y los romanos . ^{[5] [6]}

Durante la dinastía china Xin se utilizaba un calibrador de bronce, que databa del año 9 d. C., para realizar mediciones de minutos . El calibrador tenía una inscripción que decía que había sido "fabricado el día de gui-you , ^[a] el primer día ^[b] del primer mes del primer año de Shijianguo . ^[c] " El calibrador incluía una "ranura y un pasador" y estaba "graduado en pulgadas y décimas de pulgada". ^{[7] [8]}

El calibrador vernier moderno fue inventado por Pierre Vernier , como una mejora del nonio de Pedro Nunes .

Los calibradores interiores se utilizan para medir el tamaño interno de un objeto.

• El calibrador superior de la imagen (a la derecha) requiere un ajuste manual antes de su colocación. El ajuste fino de este tipo de calibrador se realiza golpeando ligeramente las patas del calibrador sobre una superficie a mano hasta que casi pasen por encima del objeto. Un ligero empujón contra la resistencia del tornillo pivotante central extiende las patas hasta la dimensión correcta y proporciona la sensación consistente necesaria que garantiza una medición repetible.
• El calibrador inferior en la imagen tiene un tornillo de ajuste que permite ajustarlo cuidadosamente sin retirar la herramienta de la pieza de trabajo.

Los calibradores exteriores se utilizan para medir el tamaño externo de un objeto.

Las mismas observaciones y técnicas se aplican a este tipo de calibrador que al calibrador de interiores. Con un cierto conocimiento de sus limitaciones y uso, estos instrumentos pueden proporcionar un alto grado de precisión y repetibilidad. Son especialmente útiles cuando se miden distancias muy grandes; considere si los calibradores se utilizan para medir una tubería de gran diámetro. Un calibrador Vernier no tiene la capacidad de profundidad necesaria para abarcar este gran diámetro y al mismo tiempo alcanzar los puntos más externos del diámetro de la tubería. Están hechos de acero con alto contenido de carbono.

En el campo de la metalurgia, se utiliza un compás para marcar las posiciones. Las puntas se afilan para que actúen como marcadores; una de sus patas se puede colocar en la hendidura creada por un punzón y la otra se puede girar para que trace una línea en la superficie de la pieza de trabajo, formando así un arco o un círculo.

Su uso homónimo es dividir una pieza de trabajo de ancho arbitrario en secciones de igual ancho: "caminando" la herramienta de un extremo al otro girándola de un punto al siguiente hasta llegar al otro extremo, luego ajustando el espacio entre los puntos hasta que el "paseo" termina directamente en el punto final, se pueden marcar fácilmente divisiones iguales sin ninguna medición.

También se utiliza un calibrador divisor para medir la distancia entre dos puntos de un mapa. Los dos extremos del calibrador se acercan a los dos puntos cuya distancia se está midiendo. A continuación, la abertura del calibrador se mide en una regla independiente y luego se convierte a la distancia real, o se mide directamente en una escala dibujada en el mapa. En una carta náutica, la distancia se mide a menudo en la escala de latitud que aparece en los laterales del mapa: un minuto de arco a lo largo de cualquier círculo máximo , por ejemplo, cualquier meridiano de longitud, equivale aproximadamente a una milla náutica o 1852 metros .

Los calibradores también se utilizan en la profesión médica. Un calibrador de ECG (también llamado EKG) transfiere la distancia en un electrocardiograma ; junto con la escala adecuada, se puede determinar la frecuencia cardíaca. El cardiólogo Robert A. Mackin inventó una versión de calibrador de bolsillo. ^{[9] [ verificación fallida ]}

Los calibradores de patas impares , calibradores hermafroditas o calibradores Jenny de patas impares , como se muestra en la imagen de la izquierda, se utilizan generalmente para trazar una línea a una distancia determinada del borde de una pieza de trabajo. La pata doblada se utiliza para recorrer el borde de la pieza de trabajo mientras el trazador hace su marca a una distancia predeterminada, esto garantiza una línea paralela al borde.

En el diagrama de la izquierda, la pinza superior tiene un pequeño reborde en la pata doblada que le permite asentarse en el borde de manera más segura. La pinza inferior no tiene esta característica, pero tiene un trazador renovable que se puede ajustar en función del desgaste y reemplazar cuando se desgasta excesivamente.

Las partes etiquetadas son

Los calibradores en el diagrama muestran una lectura primaria en la escala métrica de aproximadamente 2,475 cm (2,4 cm leídos en la escala principal más aproximadamente 0,075 cm en la escala vernier).

Los calibradores suelen tener un "error de punto cero": es decir, no miden 0,000 cm cuando las mandíbulas están cerradas. El error de punto cero siempre debe restarse de la lectura principal. Supongamos que estos calibradores tienen un error de punto cero de 0,013 cm. Esto nos daría una lectura de longitud de 2,462 cm.

En cualquier medición, también es importante informar el error de la misma. Si se ignora la posibilidad de interpolación a simple vista, tanto la lectura primaria como la lectura del punto cero están limitadas por más/menos la mitad de la longitud correspondiente al ancho del intervalo más pequeño en la escala del vernier (0,0025 cm). Estos son errores "absolutos" y los errores absolutos se suman, por lo que la lectura de la longitud está limitada por más/menos la longitud correspondiente al ancho completo del intervalo más pequeño en la escala del vernier (0,005 cm). Suponiendo que no haya factores sistemáticos que afecten a la medición (el instrumento funciona perfectamente), una medición completa daría entonces 2,462 cm ± 0,005 cm.

Los calibradores vernier, de cuadrante y digitales leen directamente la distancia medida con gran exactitud y precisión . Funcionalmente son idénticos, con diferentes formas de leer el resultado. Estos calibradores constan de una escala calibrada con una mordaza fija y otra mordaza, con un puntero, que se desliza a lo largo de la escala. La distancia entre las mordazas se lee entonces de diferentes maneras para los tres tipos.

El método más sencillo consiste en leer la posición del puntero directamente en la escala. Cuando el puntero se encuentra entre dos marcas, el usuario puede interpolar mentalmente para mejorar la precisión de la lectura. Esto sería un calibrador simple, pero la adición de una escala de vernier permite una interpolación más precisa y es la práctica universal; este es el calibrador de vernier .

Los calibradores Vernier, de cuadrante y digitales pueden medir dimensiones internas (utilizando las mordazas superiores en la imagen de la derecha), dimensiones externas utilizando las mordazas inferiores que se muestran en la imagen y, en muchos casos, profundidad mediante el uso de una sonda que se coloca en el cabezal móvil y se desliza a lo largo del centro del cuerpo. Esta sonda es delgada y puede ingresar en ranuras profundas que pueden resultar difíciles de alcanzar para otras herramientas de medición.

Las escalas Vernier pueden incluir medidas métricas en la parte inferior de la escala y medidas en pulgadas en la parte superior, o viceversa, en países que utilizan pulgadas. Los calibradores Vernier que se utilizan comúnmente en la industria proporcionan una precisión de 0,01 mm (10 micrómetros ), o una milésima de pulgada. Están disponibles en tamaños que pueden medir hasta 1828 mm (72 pulgadas). ^[10]

• Medición con calibradores vernier
• 
  Medición de la distancia externa
• 
  Medición de la distancia interna
• 
  Medición de la profundidad de un escalón o agujero con la sonda de profundidad
• 
  Medición del ancho de un escalón con la parte superior del calibrador

• Marcado con calibradores Vernier
• 
  Marcar una distancia determinada o medida desde un borde raspando una línea con los lados afilados del pico
• 
  Marcar una distancia determinada o medida desde un borde marcando con un lápiz. La parte superior de la parte móvil se sostiene contra el costado del escalón. No todos los calibradores tienen esta opción.

En lugar de utilizar un mecanismo vernier, que requiere cierta práctica para su uso, el calibrador de cuadrante lee la fracción final de un milímetro o pulgada en un cuadrante simple.

En este instrumento, un pequeño y preciso mecanismo de piñón y cremallera acciona un puntero en un cuadrante circular , lo que permite la lectura directa sin necesidad de leer una escala de vernier. Normalmente, el puntero gira una vez cada pulgada, décima de pulgada o milímetro. Esta medida debe añadirse a las pulgadas o centímetros enteros gruesos que se leen en la corredera. El cuadrante suele estar dispuesto para que gire debajo del puntero, lo que permite realizar mediciones "diferenciales" (la medición de la diferencia de tamaño entre dos objetos o la configuración del cuadrante utilizando un objeto patrón y, posteriormente, poder leer directamente la variación de más o menos en el tamaño de los objetos posteriores en relación con el objeto patrón).

La corredera de un calibrador de cuadrante generalmente se puede bloquear en un ajuste usando una pequeña palanca o tornillo; esto permite realizar comprobaciones simples de paso/no paso del tamaño de las piezas.

En lugar de un sistema de piñón y cremallera , los calibradores digitales utilizan un codificador lineal . Una pantalla de cristal líquido muestra la medida, que a menudo puede cambiar las unidades entre milímetros y pulgadas fraccionarias o decimales. Todos permiten poner a cero la pantalla en cualquier punto a lo largo de la corredera, lo que permite el mismo tipo de mediciones diferenciales que con el calibrador de cuadrante. Los calibradores digitales pueden contener una función de "retención de lectura", que permite la lectura de las dimensiones después del uso en lugares difíciles donde no se puede ver la pantalla. Al igual que los calibradores analógicos, la corredera de muchos calibradores digitales se puede bloquear mediante una palanca o un tornillo.

Los calibradores digitales ordinarios de 150 mm (6  in ) fabricados en acero inoxidable tienen una precisión nominal de 0,02 mm ( 0,001 in ) y una resolución de 0,01 mm (0,0005 in). ^[11] La misma tecnología se utiliza para calibradores más largos, pero la precisión disminuye a 0,03 mm (0,001 in) para mediciones de 100 a 200 mm (4 a 8 in) y a 0,04 mm (0,0015 in) para mediciones de 200 a 300 mm (8 a 12 in). ^[12]

Muchos calibradores digitales contienen un codificador lineal capacitivo . Los modelos chinos económicos tienen 56 placas emisoras estrechas y una placa receptora larga grabadas en la placa de circuito impreso de la pantalla deslizante , que se cruzan con un patrón repetitivo de placas en forma de T en la placa "estator" más larga. La parte superior de las placas "T" se cruzan con la placa receptora, mientras que las barras verticales de cada "T" se cruzan con las placas emisoras. El paso de cada "T" en el estator es ligeramente menor que 8 veces el paso de cada placa emisora, por lo que su área capacitiva de intersección no está perfectamente alineada sino que forma un patrón de interferencia . ^[15] A medida que el deslizador se mueve, estas capacitancias variables cambian de manera lineal repetitiva. El circuito del deslizador cuenta estas repeticiones a medida que se desliza y logra una resolución más fina utilizando la interpolación lineal de las capacitancias. ^[16] Un modelo envía 8 señales de voltaje de modulación de ancho de pulso periódicas (que parecen idénticas pero desfasadas en 1 ⁄ 8 del período), ^[17] cada una conectada a 7 placas emisoras, y la señal analógica resultante se lee a través de una sola placa receptora. ^[18] Se dice que la patente alemana DE3340782C2 de 1983 (ver figura) describe el funcionamiento. ^[19]

Otros calibradores digitales contienen un codificador lineal inductivo , que permite un rendimiento robusto en presencia de contaminación como refrigerantes. ^[20] Los codificadores lineales magnéticos se utilizan en otros calibradores digitales. ^{[ cita requerida ]}

En la actualidad, los calibradores digitales ofrecen una salida de datos en serie para agilizar las mediciones repetidas, evitar errores humanos y permitir la entrada directa de datos en un registrador digital, una hoja de cálculo , un programa de control de procesos estadísticos o un software similar en una computadora personal . Se pueden construir o comprar dispositivos de interfaz basados ​​en RS-232 , Universal Serial Bus o inalámbricos . La salida digital en serie varía entre los fabricantes, pero las opciones comunes son:

• Interfaz Digimatic de Mitutoyo. Es la interfaz de marca dominante. El formato es de 52 bits organizados en 13 nibbles . ^{[21] [22] [23]}
• Interfaz Sylvac. Este es el protocolo común para calibradores económicos que no son de marca. El formato es de 24 bits a 90 kHz sincrónico. ^{[24] [25]}
• Estrella ^[26]
• Marrón y Sharpe ^[26]
• Federal
• Tesa ^[26]
• Aldi. El formato es de 7 dígitos BCD. ^[25]
• Mahr (Digimatic, RS232C, radio FM inalámbrica, infrarrojos y USB) ^[27]

Un calibrador que utiliza un tornillo calibrado para la medición, en lugar de una corredera, se denomina calibrador micrométrico externo , calibrador micrométrico o, más a menudo, simplemente micrómetro . (A veces, el término calibrador , que se refiere a cualquier otro tipo en este artículo, se utiliza en contraposición a micrómetro ).

Cada uno de los tipos de calibradores mencionados anteriormente tiene sus ventajas y desventajas relativas.

Los calibradores Vernier son resistentes y tienen una precisión duradera, son resistentes a los refrigerantes, no se ven afectados por los campos magnéticos y son en gran medida a prueba de golpes. Pueden tener escalas en centímetros y pulgadas. Sin embargo, los calibradores Vernier requieren una buena vista o una lupa para leerlos y pueden ser difíciles de leer a distancia o desde ángulos incómodos. Es relativamente fácil leer mal el último dígito. En entornos de producción, leer calibradores Vernier todo el día es propenso a errores y resulta molesto para los trabajadores.

Los calibradores de cuadrante son relativamente fáciles de leer, especialmente cuando se busca el centro exacto balanceándolos y observando el movimiento de la aguja. Se pueden poner a 0 en cualquier momento para realizar comparaciones. Suelen ser bastante susceptibles a sufrir daños por golpes. También son muy propensos a que se ensucien los engranajes, lo que puede causar problemas de precisión.

Los calibradores digitales cambian fácilmente entre los sistemas de centímetros y pulgadas. Se pueden poner a cero fácilmente en cualquier punto con un conteo completo en cualquier dirección y pueden tomar medidas incluso si la pantalla está completamente oculta, ya sea usando una tecla de "retención" o poniendo a cero la pantalla y cerrando las mordazas, mostrando la medida correcta, pero negativa. Pueden ser frágiles mecánica y electrónicamente. La mayoría también requieren baterías y no resisten bien el refrigerante. También son moderadamente resistentes a los golpes y pueden ser vulnerables a la suciedad.

Los calibradores pueden leer con una resolución de 0,01 mm o 0,0005 pulgadas, pero la precisión puede no ser mejor que aproximadamente ±0,02 mm o 0,001 pulgadas para calibradores de 150 mm (6 pulgadas), y peor para los más largos. ^[28]

Para tomar la medida deseada, es necesario colocar un calibrador correctamente sobre la pieza. Por ejemplo, para medir el espesor de una placa, se debe colocar un calibrador Vernier en ángulo recto con respecto a la pieza. Es posible que se necesite algo de práctica para medir correctamente objetos redondos o irregulares.

La precisión de la medición cuando se utiliza un calibrador depende en gran medida de la habilidad del operador. Independientemente del tipo, las mordazas de un calibrador deben ser forzadas a entrar en contacto con la pieza que se está midiendo. Como tanto la pieza como el calibrador son siempre hasta cierto punto elásticos , la cantidad de fuerza utilizada afecta la indicación. Un toque firme y constante es correcto. Demasiada fuerza da como resultado una indicación insuficiente, ya que la pieza y la herramienta se distorsionan; muy poca fuerza da como resultado un contacto insuficiente y una indicación excesiva. Este es un problema mayor con un calibrador que incorpora una rueda, que le otorga una ventaja mecánica . Este es especialmente el caso de los calibradores digitales, los calibradores desajustados o los calibradores con una viga de mala calidad.

Los calibradores simples no están calibrados; la medición tomada debe compararse con una escala. Independientemente de si la escala forma parte del calibrador o no, todos los calibradores analógicos (vernieres y cuadrantes) requieren una buena vista para lograr la máxima precisión. Los calibradores digitales tienen una ventaja en este aspecto.

Los calibradores calibrados pueden manipularse incorrectamente, lo que provoca la pérdida del cero . Cuando las mandíbulas de un calibrador están completamente cerradas, por supuesto, deberían indicar cero. Si no lo hacen, se debe recalibrar o reparar. Un calibrador Vernier no pierde fácilmente su calibración, pero un impacto fuerte o un daño accidental en la superficie de medición en la mandíbula del calibrador pueden ser lo suficientemente significativos como para desplazar el cero. ^[29] Los calibradores digitales tienen botones de ajuste a cero, para una recalibración rápida.

Los calibradores Vernier, de cuadrante y digitales se pueden utilizar con accesorios que amplían su utilidad. Algunos ejemplos son una base que amplía su utilidad como medidor de profundidad y un accesorio de mordaza que permite medir la distancia entre los centros de los agujeros. Desde la década de 1970, una modificación inteligente de la mordaza móvil en la parte posterior de cualquier calibrador permite realizar mediciones de pasos o profundidad además de las mediciones externas del calibrador, de manera similar a un micrómetro universal (por ejemplo, Starrett Mul-T-Anvil o Mitutoyo Uni-Mike).

El método para utilizar una escala de vernier o un calibrador con error cero es utilizar la fórmula "lectura real = escala principal + escala de vernier − (error cero)". El error cero puede surgir debido a golpes que afecten la calibración a 0,00 mm cuando las mordazas están perfectamente cerradas o apenas tocándose entre sí. El error cero positivo se refiere al hecho de que cuando las mordazas del calibrador de vernier están recién cerradas, la lectura es una lectura positiva que se aleja de la lectura real de 0,00 mm. Si la lectura es de 0,10 mm, el error cero se denomina +0,10 mm. El error cero negativo se refiere al hecho de que cuando las mordazas del calibrador de vernier están recién cerradas, la lectura es una lectura negativa que se aleja de la lectura real de 0,00 mm. Si la lectura es de −0,08 mm, el error cero se denomina −0,08 mm.

Los calibradores con ejes de medición desplazados del objeto que se está midiendo sufren un error de Abbe si las mordazas no están perpendiculares debido a las tolerancias de fabricación. A diferencia del error cero, la cantidad de error de Abbe depende del desplazamiento. ^[30]

• Caña de crucero
• Indicador de cuadrante
• Reloj de lente
• Palo de ritmo

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• Detalles de diseño de la interfaz RS-232 para calibrador digital