INFORME PRACTICA I

INSTRUMENTACION Y MEDICIONES

TUTORANDRES SAULO

EDGAR ALIRIO ORTIZ ABRILJORGE LUIS LINDARTE

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNADINGENIERA ELECTRNICACEAD JAGABRIL DE 2014

OBJETIVOS

Conocer el concepto y funcionamiento del hmetro. Conocer el concepto y funcionamiento del Voltmetro. Conocer el concepto y funcionamiento del Ampermetro. Desarrollar habilidades con simuladores para el montaje de circuitos.

GALVANMETRO DE DARSONVAGalvanmetro es el principal componente utilizado en la construccin de ampermetros y voltmetros dada la caracterstica esencial de un tipo comn, conocido como galvanmetro de DArsonval el cual est compuesto por una bobina de alambre montada de modo que pueda girar libremente sobre un pivote en un campo magntico proporcionado por un imn permanente. La operacin bsica delgalvanmetro aprovecha el hecho de que un momento de torsin acta sobre una espira de corriente en presencia de un campo magnticoEl momento de torsin experimentado por la bobina es proporcional a la corriente que circula por ella. Esto significa que cuanto ms grande es la corriente, tanto mayor es el momento de torsin, as como el giro de la bobina antes de que el resorte tener lo suficiente para detener la rotacin. Por tanto, la cantidad de inclinacin o rotacin de la bobina es proporcional a la corriente. Despus deque el instrumento se calibra demanera apropiada, puede usarse junto con otros elementos de circuito para medir ya sea corrientes o diferencias de potencial (voltaje). Algunos instrumentos de laboratorio que emplean los movimientos de D' Arsonval pueden medir corrientes tan pequeas como 1.0X 10-13 A.FUNCIONAMIENTOLa operacin de este dispositivo se basa en la interaccin de una corriente elctrica DC y un campo magntico fijo. Los elementos bsicos son:

Una bobina mvil, a travs de la cual circula la corriente DC.

Un imn, que produce el campomagntico fijo.

Un resorte, cuya funcin es servir de mecanismo equilibrado de la rotacin de la bobina.

Una aguja indicadora sujeta a la bobina mvil y una escala graduada mediante las cuales podemos realizar la lectura. La bobina mvil se encuentra en el campo magntico fijo producido por el imn permanente. En trminos generales podemos explicar el funcionamiento del galvanmetro de la siguiente forma: Al circular la corriente I a travs de la bobina, se produce un campo magntico que interacciona con el producido por el imn permanente, originando una fuerza F, la cual da lugar a un torque que hace girar la bobina en un sentido determinado. El movimiento dela bobina est compensado por el resorte. La constante de dicho resorte determina el ngulo girado de la bobina para una corriente dada. Una vez definidas la magnitud del campo magntico B, la constante del resorte y la Por consiguiente la desviacin de la aguja es directamente proporcional a la corriente que fluye en la bobina, siempre que el campo magntico sea uniforme y la tensin del resorte es lineal. En ese caso, la escala del medidor tambin es lineal. La exactitud de los movimientos de D' Arsonval que se emplean en los medidores comunes de laboratorio es de aproximadamente el 1% de lalectura de la escala completa.MULTIMETROUn multmetro, tambin denominado polmetro, tester o multitester, es un instrumento elctrico porttil para medir directamente magnitudes elctricas activascomo corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios mrgenes de medida cada una. Los hay analgicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya funcin es la misma (conalguna variante aadida).Es un aparato muy verstil, que se basa en la utilizacin de un instrumento de medida, un galvanmetro muy sensible que se emplea para todas las determinaciones. Para poder medir cada una de las magnitudes elctricas, el galvanmetro se debe completar con un determinado circuito elctrico que depender tambin de dos caractersticas del galvanmetro: la resistencia interna (Ri) y la inversa de la sensibilidad. Esta ltima es la intensidad que, aplicada directamente a los bornes del galvanmetro, hace que la aguja llegue al fondo de escala .Adems del galvanmetro, el polmetro consta de los siguientes elementos: La escala mltiple por la que se desplaza una sola aguja permite leer los valores de las diferentes magnitudes en los distintos mrgenes de medida. Un conmutador permite cambiar la funcin del polmetro para que acte comomedidor en todas sus versiones y mrgenes de medida. La misin del conmutador es seleccionar en cada caso el circuito interno que hay que asociar al instrumento de medida para realizar cada medicin. Dos o ms bornas elctricas permiten conectar el polmetro a los circuitos o componentes exteriores cuyos valores se pretenden medir. Las bornas de acceso suelen tener colores para facilitar la correccin de las conexiones exteriores. Cuando se mide en corriente continua, suele ser de color rojo la de mayor potencial ( o potencial + ) y de color negro la de menor potencial( o potencial - ). La parte izquierda de la figura (Esquema 1) es la utilizada para medir en continua y se puede observar dicha polaridad. La parte derecha de la figura es la utilizada para medir en corriente alterna. El polmetro est dotado de una pila interna para poder medir las magnitudes pasivas. Tambin posee un ajuste de cero necesario para la medida de resistencias.

AMPERIMETROUn ampermetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que est circulando por un circuito elctrico. Un micro ampermetro est calibrado en millonsimas de amperio y un miliampermetro en milsimas de amperio. Si hablamos en trminos bsicos, elampermetro es un simple galvanmetro (instrumento para detectar pequeas cantidades de corriente) con una resistencia en paralelo, llamadas hunt. Disponiendo de una gama de resistencias shunt, podemos disponer de un ampermetro con varios rangos o intervalos de medicin. Los ampermetros tienen una resistencia interna muy pequea, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando seconecta a un circuito elctrico. El aparato descrito corresponde al diseo original, ya que en la actualidad los ampermetros utilizan un conversor analgico/digital para la medida de la cada detensin en un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leda por un microprocesador que realiza los clculos para presentar en un display numricoel valor de la corriente elctrica circulante. Clasificacin de los AmpermetrosMagnetoelctrico:Para medir la corriente que circula por un circuito tenemos que conectar el ampermetro en serie con la fuente de alimentacin y con el receptor de corriente. As, toda la corriente que circula entre esos dos puntos va a pasar antes por el ampermetro. Estos aparatos tienen una bobina mvil que est fabricada con un hilo muy fino (aproximadamente 0,05 mm de dimetro) y cuyas espiras, por donde va a pasar la corriente que queremos medir, tienen un tamao muy reducido. Por todo esto, podemos decir que la intensidad de corriente, que va a poder medir un ampermetro cuyo sistema de medida sea magnetoelctrico, va a estar limitada por las caractersticas fsicas de los elementos que componen dicho aparato. El valor lmite de lo que podemos medir sin temor a introducir errores va a ser alrededor de los 100 miliamperios, luego la escala de medida que vamos a usar no puede ser de amperios sino que debe tratarse de miliamperios. Para aumentar la escala de valores que se puede medir podemos colocar resistencias en derivacin, pudiendo llegar a medir amperios (aproximadamente hasta300 amperios). Las resistencias en derivacinpueden venir conectadas directamente en el interior del aparato opodemos conectarlas nosotros externamente.Electromagntico:Estn constituidos por una bobina que tiene pocas espiras perode gran seccin. La potencia que requieren estos aparatos para producir una desviacin mxima es de unos 2 vatios. Para que pueda absorberse esta potencia es necesario que sobre los extremos de la bobina haya una cada de tensin suficiente, cuyo valor va a depender del alcance que tenga el ampermetro. El rango de valores que abarca este tipo de ampermetros va desde los 0,5 A a los 300 A. Aqu no podemos usar resistencias en derivacin ya que produciran un calentamiento que conllevara errores en la medida. Se puede medir con ellos tanto la corriente continua como la alterna. Siendo solo vlidas las medidas de corriente alterna para frecuencias inferiores a 500 Hz. Tambin se puede agregar ampermetros de otras medidas eficientes.Electrodinmico:Los ampermetros con sistema de medida "electrodinmico" estn constituidos por dos bobinas, una fija y una mvil.VOLTIMETROUn voltmetro es un instrumento que sirve para medir la diferenciadepotencial entre dos puntos de un circuito elctrico.

Podemos clasificar los voltmetros por los principios enlos que se basa su funcionamiento.Voltmetros electromecnicos:Estos voltmetros, en esencia, estn constituidos por un galvanmetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos para corriente continua y para corriente alterna.Voltmetros electrnicos:Aaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada (del orden de los 20 mega ohmios) y mayor sensibilidad. Algunos modelos ofrecen medida de "verdadero valor eficaz" para corrientes alternas. Los que no miden elDiseo de un voltmetro de varias escalas con un galvanmetro Verdadero valor eficaz es porque miden el valor de pico a pico, y suponiendo que se trata de una seal sinusoidal perfecta, calculan el valor eficaz por medio de la siguiente frmula: Voltmetros vectoriales:Se utilizan con seales de microondas. Adems del mdulo de la tensin dan una indicacin de su fase. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de aparatos elctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnologa actual ha permitido poner en el mercado versiones econmicas y al mismo tiempo precisas para el uso general. Son dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrnica.Voltmetros digitales:Dan una indicacin numrica de la tensin, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, deteccin de valor de pico, verdadero valor eficaz(RMS), auto rango y otras funcionalidades.OHMETROUn hmetro, u Ohmmetro es un instrumento para medir la resistencia elctrica. El diseo de un hmetro se compone de una pequea batera para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un galvanmetro medir la corriente que circula a travs de la resistenciaLa escala del galvanmetro est calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicacin de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batera fija, la intensidad circulante a travs del galvanmetro slo va a depender del valorde la resistencia bajo medida, estoes, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa.

Existen tambin otros tipos de hmetros ms exactos y sofisticados, en los que la batera ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a travs de la resistencia Rbajo prueba. Luego, mediante otro circuito se mide el voltaje V en los extremos de la resistencia. De acuerdo con la ley de Ohm el valor de R vendr dado por: Para medidas de alta precisin la disposicin indicada anteriormente no es apropiada, por cuanto que la lectura del medidor es la suma de la resistencia de los cables de medida y la de la resistencia bajo prueba. Para evitar este inconveniente, un hmetro de precisin tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvin. 2 terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la cada de tensin en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistenciabajo prueba noafecta a la exactitud de lamedida.

DESARROLLO DE PRCTICAS

1. Disear e implementar un ampermetro de dc con derivacin de Ayrton, para escalas de corriente de 10 mA. 100 mA, 1 A. Empleando un galvanmetro de DArsonval.

AMPERMETRO IDEAL.Aquel que posee resistencia interna cero.

Ampliacin de la escala de medicin.Una resistencia derivada o shunt permite desviar parte de la corriente a medir. El instrumento mide solo una porcin de la corriente total, siempre menor a su corriente mxima permisible.Derivacin De Ayrton.

La escala de corriente del ampermetro CD se puede extender mediante varias resistencias de derivaciones, seleccionadas por un interruptor de rango. Tal medidor se llama ampermetro multirango. La derivacin universal de Ayrton elimina las posibilidades de tener el medidor sin ninguna derivacin en el circuito. Esta ventaja se obtiene a expensas de llegar a tener una resistencia total del medidor ligeramente mayor. La derivacin de Ayrton da una excelente oportunidad para aplicar la teora de los circuitos bsicos a circuito prctico.Para el desarrollo de la prctica se utiliz un galvanmetro DArsonval con una resistencia interna de 100 Ohmios y un rango de medicin mxima de 1 mASe emplea el siguiente circuito

Como los rangos son 1A, 100mA y 10mA, entonces los respectivos valores de n para los clculos son:n(1Amp)=1A / 1mA = 1000n(100mA)= 100mA/1mA = 100n(10mA)= 10mA/1ma = 10

En este orden de ideas para calcular Rs en el rango ms pequeo (10mA)Rs=Rm/n-1, entonces Rs=50 Ohmios/9 Rs=5,55 OhmiosAhora para el rango de 100mARs=50/99= 0,5 OhmiosY para el rango de 1ARs=50/999=0,05 Ohmios

Segn el circuitoRS1+RS2+RS3=5,55 OhmiosRS2+RS3=0,5 OhmiosRS3=0,05 Ohmios, por lo tanto RS2=0,45 Ohmios y RS1=5,05 Ohmios. Sin embargo encontramos los siguientes valores comerciales para la implementacin.RS1=4,7 OhmiosRS2=0,47 OhmiosRS3=0,05 OhmiosLos valores reales medidos con hmetro (tolerancia del 10%)RS1=4,5 OhmiosRS2=0,44 OhmiosRS3=0,05 Ohmios (Shunt)

Al montar el circuito y medir diferentes corrientes con el ampermetro experimental y otro profesional se obtiene la siguiente tabla:

CorrienteMultmetro experimentalMultmetro profesional

900 mA891mA900 mA

80mA81mA80mA

5mA5,7mA5mA

1. Disee un voltmetro de cd multirrango empleando un galvanmetro de DArsonval son escalas de medicin de voltaje: 0:10Vdc; 0:20Vdc; 0:50VdcSe emplea el circuito de la figura, este corresponde a un multmetro multirrango donde se selecciona una de tres resistencias multiplicadoras.

El voltaje a plena escala del instrumento corresponde a la frmula:V=Im(Rs+Rm)Donde Rs corresponde a las resistencias multiplicadoras.Tomando como base el mismo galvanmetro del primer punto, se obtienen los siguientes valores de Rs para los diferentes rangos.Se har el clculo para el rango de 50Vdc50V=1mA(Rs+100 Ohmios)Al despejar Rs se obtiene que esta es igual Rs=(50V/1mA) 100 OhmiosRs=49900 OhmiosPara el rango de 20VdcRs=19900 OhmiosPara el rango de 10VdcRs=9900 Ohmios

Para el montaje se ubican valores comerciales cercanos, estas resistencias tienen tolerancia del 5%R1=47KOhmiosR2=18KOhmiosR3=10KOhmios

Los valores medidos con el hmetro son:R1=49KOhmiosR2=18,5KOhmiosR3=10KOhmios

Al realizar el montaje y medir con voltmetro experimental y profesional, se obtiene:VoltajeMultmetro experimentalMultmetro profesional

33Vdc31Vdc33Vdc

15Vdc14Vdc15Vdc

5Vdc5,4Vdc5Vdc

1. Disee un ohmmetro empleando galvanmetro de DArsonval, realice la medicin de resistencias de 1K, 3,3K, 6,8K, 10KSe implementa un hmetro tipo serie como el de la figura

El hmetro tipo serie consta de un galvanmetro o movimiento D'Arsonval conectado en serie con una resistencia y una batera, con un par de terminales a los cuales se conecta la resistencia desconocida. La corriente que circula a travs del galvanmetro depende de la magnitud de la resistencia desconocida y la indicacin del medidor es proporcional a su valor. Si Rx es infinito, es decir el circuito est abierto, el galvanmetro marca cero porque no hay corriente, este valor corresponde a resistencia infinita.Si Rx es un corto el galvanmetro marcar escala mxima, pero esta corresponde a resistencia cero. Con una Fuente de E de 9Vdc.La resistencia R1 se utiliza para limitar la corriente, para nuestro caso R1=9Vdc/1mAEntonces R1 es igual a 9KTenemos que decir que al implementar el circuito la escala de medidas no es lineal, por lo tanto se marcan las escalas haciendo diferentes mediciones y comparando con un multmetro calibrado.

De acuerdo con las mediciones se obtiene la siguiente tabla:Cdigo de coloresMedidor experimental (Aprox)Medidor profesional

Marrn,negro,rojo,plata1K1,1K

Naranja,naranja,rojo,plata3K3,2K

Azul,gris,rojo,plata6K6,1K

Marrn,negro,naranja,plata9K9,3K

CONCLUSIONES Los instrumentos de medicin anlogos tiene problemas de precisin en la lectura, ya que depende del punto de vista del observador. Las resistencias varan en cuanto a su valor comercial de acuerdo con el porcentaje de tolerancia definido en su cuarta franja, este rango puede estar por encima o por debajo. La corriente se debe medir en serie con el circuito observado. El voltaje se debe medir en paralelo con el circuito observado. Los hmetros anlogos tienen problemas de linealidad, sobre todo en los valores ms altos de resistencia.