Para calibrar los correntómetros, se construyó un sistema de calibración que permite traccionar los correntómetros a velocidad constante a través de un cuerpo de agua en reposo.
El sistema posee un motor de 60 rpm, una polea de aproximadamente 6 cm de diámetro, un riel que se apoya sobre el fondo del cuerpo de agua y un carro que corre a través del mismo, tirado por un cabo traccionado por el motor. Además, presenta un optoacoplador que permite medir la velocidad de giro de la polea, a través de un controlador basado en Arduino.
El primer paso para la utilización del sistema de polea fue el de corroborar que la velocidad estimada a partir del Arduino fuera precisa. Para eso se realizaron marcas en los rieles para determinar una distancia fija (D), y se realizaron corridas a diferentes velocidades de giro del motor, que fueron filmadas utilizando una cámara GoPro. Luego, se midió el tiempo (t) que tomaba al carro en cubrir esa distancia, lo que permitió estimar la velocidad (D/t).
Como se observa en la Figura 1, las velocidades estimadas a partir del sistema de Arduino resultaron altamente correlacionadas con las velocidades medidas (R2 = 0.9999238).
Figura 1: Velocidades medidas a partir de la distancia y tiempo vs velocidad estimada con Arduino, junto con la relación esperada (línea punteada)
El primer paso para calibrar el correntómetro consiste en el centrado de la aceleración en los tres ejes x, y y z. Para eso se utilizó el programa Magneto, que estima los valores de centrado y escalado brindando una matriz de calibración.
Una vez centrado y escalado el acelerómetro, se procedió a realizar corridas a diferentes velocidades, para estimar la inclinación en el eje y (paralelo al vector de la gravedad) en función de la velocidad (Figura 2). A partir de esta relación, se utilizó un modelo lineal simple para modelar dicha relación, usando una escala logarítmica para la inclinación.
Además, se realizaron corridas similares utilizando un correntómetro comercial Lowell TCM-4 (https://lowellinstruments.com/products/tcm-4-tilt-current-meter/) para evaluar la precisión en la estimación de la intensidad de la corriente (Figura 3).
Figura 2: Componente vertical de inclinación del correntómetro en función de la velocidad de tracción. La línea sólida indica la relación modelada.
Figura 3: Velocidad de la corriente estimada por el correntómetro y el TCM-4 (azul) en función de la velocidad del carro. La línea punteada indica la relación esperada.
Además de la corriente, se realizaron comparaciones entre las mediciones de temperatura con dos dispositivos comerciales (Lowell TCM-4 y Hobo Pendant). Las mediciones de temperatura no fueron simultaneas entre los dispositivos ya que no fueron sumergidos todos al mismo momento, pero fueron similares en los valores medios. El Lowell fue sumergido alrededor de las 11 am, mientras que los otros dos entre las 12 y las 13 aproximadamente. Tanto el Hobo como el dispositivo diseñado mostraron un raro efecto de dientes en las mediciones de temperatura (Figura 4).
Figura 4: Temperatura medida por el correntómetro, el Lowell TCM-4 (azul) y el sensor Hobo (verded) a lo largo de la prueba. El Lowell estuvo sumergido entre las en función de la velocidad del carro. La línea punteada indica la relación esperada.