1.Fundamentos de Las Medidas Electricas

27 DE OCTUBRE DE 2017

ELECTRICIDAD Fundamentos de las medidas eléctricas.

IRENE AZNÁREZ FERRANDO GRADO EN INGENIRERÍA AEROESPACIAL Prácticas informáticas

FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS ÍNDICE

ELECTRICIDAD: PRÁCTICAS INFORMÁTICAS

1. Fundamentos de las medidas eléctricas. a) b) c) d) e) f)

Patrones………………………………………………………………………………………………………………..2 Instrumentación técnica…………………………………………………………………..……………………4 Tipos de aparatos…………………………………………………………………………………………………..6 Clase de un aparato……………………………………………………………………………………………….8 Errores de medida………………………………………………………………………………………………….9 Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………..11

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FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS PATRONES Un patrón es la representación física arbitraria asociada a una unidad de medida. Los patrones fueron empleados para obtener valores exactos de medida en diferentes ramas de la investigación, para ello se desarrollaban patrones de laboratorio los cuales se caracterizaban por su exactitud, con el transcurso dl tiempo surgen nuevas investigaciones las cuales dan lugar a nuevos patrones con mejores características y propiedades, reemplazando a sus antecesores. A continuación se explican los patrones establecidos para las diferentes unidades empleadas en electricidad. AMPERIO: Unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica, cuyo símbolo es A. Un

amperio es igual a una carga de un culombio que pasa por un punto en un segundo. El amperio se define en el sistema internacional como la intensidad de corriente constante que al mantenerse a través de dos conductores paralelos de longitud infinita y sección despreciable alejado de estos un metro en el vacío produce entre estos una fuerza de 210Newtons por metro de longitud.

VOLTIO: Es la unidad derivada del Sistema Internacional para el potencial eléctrico, la fuerza

electromotriz y la tensión eléctrica. Se representa por la letra mayúscula V. Un voltio es la diferencia de potencial a lo largo de un conductor atravesado por una intensidad de un amperio que consume un vatio de potencia. También se puede definir como la diferencia de potencial entre dos puntos tales que para trasladar una carga de 1C de uno a otro hay que realizar un trabajo de 1J. El voltio estándar se define utilizando un oscilador de unión Josephson, cuya frecuencia de oscilación es extraordinariamente estable y viene dada por la ecuación:   =

∆ 

,

siendo las constantes empleadas: e: Carga del electrón. h: Constante de Plank. El voltio estándar se define como el voltaje necesario para producir una frecuencia de 483597.9 GHz en un oscilador de unión Josephson.

OHMIO: Es la unidad derivada del Sistema Internacional para la resistencia eléctrica. Se define

como la resistencia existente entre dos puntos de un conductor, cuando una diferencia de potencial constante de 1 voltio aplicada entre esos dos puntos, produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad de 1 amperio. Se representa por la letra griega mayúscula omega (Ω). El valor absoluto del ohmio en el Sistema Internacional se define en términos de las unidades fundamentales de longitud, masa y tiempo. La resistencia patrón es una bobina de alambre de alguna aleación, como la maganiana, la cual tiene una elevada resistividad eléctrica y un bajo

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FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS coeficiente de temperatura-resistencia. La bobina resistiva se coloca en un depósito de doble pared para prevenir cambios de resistencia debidos a las condiciones de la atmósfera.

Ya que la unidad de resistencia se representa con la resistencia patrón y la unidad de voltaje con el oscilador de Josephson, muchas unidades eléctricas y magnéticas pueden expresarse en términos de estos patrones. La unidad de capacitancia (faradio) puede medirse con un puente de Maxwell. Los capacitores patrón suelen construirse de placas metálicas intercaladas con aire como material dieléctrico. El área de las placas y la distancia entre éstas se deben conocer con exactitud; la capacitancia puede determinarse a partir de estas dimensiones básicas. PATRONES DE CAPACITANCIA:

El patrón de inductancia primaria se deriva del ohm y del faradio en lugar de los inductores construidos geométricamente para la determinación del valor absoluto del ohm. Un conjunto típico de patrones de inductancia fijos incluye valores de aproximadamente 100 µH a 10  , con una exactitud garantizada de 1% a la frecuencia de operación especificada. La exactitud de inductancia mutua típica es del 2.5% y el rango de valores de inductancia va de 0 a 200 mH. Existe una capacitancia distribuida entre los devanados de estos inductores, y el error que introduce debe tomarse en cuenta. PATRONES DE INDUCTANCIA:

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FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS INSTRUMENTACIÓN TÉCNICA En las instalaciones eléctricas podemos realizar medidas de una forma permanente mediante aparatos de cuadro o de forma aleatoria mediante aparatos portátiles. En ambos casos estos aparatos pueden ser analógicos o digitales. Profundizaremos sobre la diferencia entre estos tipos de aparatos en el siguiente apartado de este trabajo. Para realizar una medida podemos utilizar un aparato específico de la magnitud que pretendemos conocer (método directo), o bien medir las magnitudes necesarias para deducir la que pretendemos conocer (método indirecto). Antes de realizar una medida, es importante seleccionar el aparato idóneo, tanto en el tipo de corriente (continua o alterna) como en la elección del calibre adecuado, con un alcance suficiente para el valor de la magnitud que queremos elegir. A continuación, serán explicados los instrumentos de medida más empleados en el campo de la electricidad. GALVANÓMETRO: El galvanómetro detecta y mide la corriente eléctrica así como su sentido

mediante la desviación que esta produce en una aguja magnética. El galvanómetro posee una aguja indicadora, unida mediante un resorte espiral, al eje de rotación de una bobina rectangular plana que está suspendida entre los polos opuestos de un imán permanente. En el interior de la bobina se coloca un núcleo de hierro dulce, con el fin de concentrar en ella las líneas de inducción magnética. Al estar la bobina sumergida en el interior de un campo magnético uniforme, creado por el imán fijo, cuando circula por ella, se produce un par de fuerzas sobre la bobina que hace que rote, arrastrando consigo a la aguja unida a su eje. La aguja se mueve e indica en una escala, la intensidad de corriente que atraviesa la bobina. El resorte espiral permite que la aguja vuelva a su posición original, una vez que se interrumpe el paso de la corriente.

AMPERÍMETRO: Un amperímetro es un instrumento que se utiliza para medir la

intensidad de corriente que circula por un circuito eléctrico. Si está calibrado en millonésimas de amperio se llama microamperímetro y si está calibrado en milésimas de amperio, miliamperímetro. En términos generales , el amperímetro es un simple galvanómetro con una resistencia en paralelo, llamada “resistencias shunt”. Disponiendo de una gama de resistencias shunt se puede disponer de un amperímetro con varios rangos de medición. La resistencia del

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FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS amperímetro debe ser muy pequeña para que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico.

VOLTÍMETRO: La diferencia de potencial y

la fuerza electromotriz se suelen medir colocando un voltímetro entre dos puntos del circuito o entre los terminales de un generador. El voltímetro siempre se conecta en paralelo. El voltímetro debe colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que pretendemos efectuar la medida. Por lo tanto interesa que el voltímetro posea la resistencia más elevada posible, para que no produzca un consumo significativo, lo que nos llevaría a una medida errónea de la tensión. ÓHMETRO: Un óhmetro u ohmímetro es un instrumento empleado para

medir la resistencia

eléctrica. Está formado por una pequeña batería para aplicar un voltaje a la medida, para luego, mediante un galvanómetro, medir la corriente que circula a través de la resistencia. Para medidas de alta precisión, esto no es adecuado, ya que la lectura del medidor es la suma de la resistencia de los cables de medida y de la resistencia bajo prueba. Para evitar este inconveniente, un óhmetro de precisión tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvin. Dos terminales llevan la corriente constante desde el medidor hasta la resistencia, mientras que los oreos dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la caída de tensión en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida.

VATÍMETRO: El vatímetro es un instrumento electrodinámico para

medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, “amperométrica”, y una móvil, “voltimétrica”. Las bobinas fijas se conectan en serie mientras que la móvil se conecta en paralelo. Existen otros aparatos menos usuales como el varímetro para la medida de potencias reactivas, el fasímetro para el factor de potencia, el fecuencímetro o contadores de energía eléctrica.

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FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS TIPOS DE APARATOS Los aparatos empleados en electricidad que han sido definidos anteriormente eran en sus orígenes analógicos pero con el desarrollo de la tecnología hoy en día podemos disponer también de instrumentos digitales que realicen la misma medida. A continuación vamos a explicar qué diferencias encontramos entre unos y otros así como sus ventajas e inconvenientes.  Analógico: Máquina que mide una magnitud de forma continua, sin establecer saltos discontinuos , y la representa mediante una barra, una ajuga o una línea. Digital : Máquina que, por el contrario, suministra los datos mediante dígitos o elementos finitos o discretos. En general, en la tecnología analógica es muy difícil almacenar, manipular, comparar, calcular y recuperar información con exactitud cuando esta ha sido guardada, en cambio en la tecnología digital (computadoras, por ejemplo), se pueden hacer tareas muy rápidamente, muy exactas, muy precisas y sin detenerse. La electrónica moderna usa electrónica digital para realizar muchas funciones que antes desempeñaba la electrónica analógica.

APARATOS ANALÓGICOS:

Ventajas: -

Bajo precio. No requieren gran sofisticación. Presentan con facilidad las variaciones cualitativas de los parámetros para visualizar rápidamente si el valor aumenta o disminuye. Es sencillo adaptarlos a diferentes tipos de escalas no lineales.

Inconvenientes: -

Tienen poca resolución, típicamente no proporcionan más de tres cifras. El error de paralaje limita la exactitud a ±0.5% a plena escala en el mejor de los casos. Las lecturas se prestan a errores graves cuando el instrumento tiene varias escalas. La rapidez de lectura es baja, típicamente una lectura por segundo. No pueden emplearse como parte de un sistema de procesamiento de datos de tipo digital.

(Amperímetro, óhmetro, vatímetro y voltímetro analógicos respectivamente).

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FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS APARATOS DIGITALES:

Hoy en día, resulta extraño hablar de amperímetros, óhmetros y voltímetros como aparatos por separado desde la invención del multímetro, que es una sola máquina capaz de realizar las funciones de las otras tres e incluso tomar otro tipo de medidas. Aunque en realidad los primeros multímetros eran analógicos los más comunes en la actualidad son digitales. Ventajas: -

Tienen alta resolución alcanzando en algunos casos más de 9 cifras en lecturas de frecuencia y una exactitud de ±0.002% en mediciones de voltajes..

-

No están sujetos al error de paralaje.

-

Pueden eliminar la posibilidad de errores por confusión de escalas.

-

Puede entregar información digital para procesamiento inmediato en computadora.

Inconvenientes: -

El precio elevado.

-

Son complejos en su construcción.

-

Las escalas no lineales son difíciles de introducir.

-

En todos los casos requieren de fuente de alimentación.

CONCLUSIÓN:

De las ventajas y desventajas anteriores puede observarse que para cada aplicación hay que evaluar en función de las necesidades específicas, cual tipo de instrumentos es el más adecuado, con esto se enfatiza que no siempre el instrumento digital es el más adecuado siendo en algunos casos contraproducente el uso del mismo. Los instrumentos digitales tienden a dar la impresión de ser muy exactos por su indicación concreta y sin ambigüedades, pero no hay que olvidar que si su calibración es deficiente, su exactitud puede ser tanta o más mala que la de un instrumento analógico.

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FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS CLASE DE UN APARATO Podemos decir que un aparato de medida será mejor o peor, atendiendo a las siguientes cualidades: Sensibilidad: se define como el cociente entre la desviación de la aguja indicadora medida en grados y la variación de la magnitud que está midiendo. Eta cualidad es específica de los aparatos analógicos. Precisión: La precisión de un aparato, está íntimamente relacionada con su calidad. Es más preciso un aparato cuanto más parecido sea el valor indicado a al medida real de dicha magnitud. Exactitud: Es un concepto parecido al de precisión, pero no igual. Un aparato es más exacto cuanto más parecido sea el valor medido y el valor real por extensión. Un aparato exacto es preciso, sin embargo un aparato preciso no tiene por qué ser exacto. Fidelidad: Se cumple cuando al repetir varias veces la misma medida, el aparato da la misma indicación. Rapidez: Un aparato es más rápido cuando se estabiliza en menos tiempo. Las normas de fabricación de los instrumentos eléctricos indicadores coinciden en definir como límite del error  o clase al mayor error, absoluto que comete el aparato en cualquier parte de su campo de medida, sea aquel positivo o negativo, referido la valor máximo (alcance)  =

  á   

· 100

Esto nos permite clasificar los aparatos según su grado de precisión: Clase 0,1 y 0,2. Clase 0,5. Clase 1. Clase 1,5. Clase 2,5 y 5.

Instrumentos de precisión para laboratorio. Instrumentos de precisión para laboratorio. Instrumentos de medidas portátiles de corriente continua. Instrumentos de cuadros y portátiles de corriente alterna. Instrumentos de cuadros.

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FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS ERRORES DE MEDIDA Como en el resto de los campos, en electricidad, toda medida lleva asociado un error. El valor obtenido lleva implícito la posibilidad de que difiera de la realidad. Por ello es muy importante conocer estos errores para evitarlos dentro de lo posible y reducirlos a una cota pequeña de error que podamos aceptar. Los errores pueden ser clasificados en sistemáticos y accidentales. ERRORES SISTEMÁTICOS

Sus causas pueden ser las características del aparato o la actitud del observador. A su vez, se dividen en: -

Metodológicos: Ocurren cuando utilizamos un método inadecuado para realizar una medida. Ejemplo: La utilización de aparatos de medida cuando se utiliza el método indirecto, ya que éstos tienen consumo y pueden falsear el resultado obtenido.

-

Ambientales: Son el resultado de las condiciones físicas del entorno: la temperatura, presión, humedad, campos magnéticos, etc.

-

Personales: Los que dependen de la habilidad de la persona que realiza la medida. Ejemplo: La colocación de éste en la lectura. Este tipo de errores resulta ser muy frecuente pero son muy fáciles de evitar. Hay dos tipos: ·Errores de cero: Ocurren cuando antes de medir no hemos calibrado bien la aguja a cero. ·Errores de paralaje: Se dan cuando la persona que está midiendo no encara de forma perpendicular la escala del aparato. Estos errores se suelen omitir con el empleo de aparatos digitales.

-

Instrumentales: Originados por fallos en el aparato empleado o en su fuente de alimentación.

ERRORES ACCIDENTALES

Se producen de forma aleatoria. No se pueden clasificar ya que existe una gran variedad de ellos. Aun así no son muy importantes en las medidas eléctricas.

Lo que realmente nos interesa de esto es conocer la calidad y precisión de los aparatos de medida, de ahí a que se estudien los siguientes términos: ERROR ABSOLUTO

Es la diferencia entre el valor obtenido y el real. El valor real es difícil de c onocer por lo que se considera como valor real el obtenido con un aparato de precisión o la media de varias medidas.

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FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS Este error no refleja la calidad de la medida y del aparato con la que se realiza. Si el error absoluto es positivo el aparato mide por exceso y si es negativo, por defecto.  =  í −  

ERROR RELATIVO

Es el resultado de multiplicar por 100 el cociente que resulta de dividir el error absoluto por el valor real. Se expresa en tanto por ciento. Este error nos da más información sobre la medida, ya que se refiere al error cometido por unidad de medida.  =

  

· 100

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FUNDAMENTOS DE LAS MEDIDAS ELÉCTRICAS BIBLIOGRAFÍA -

https://es.wikipedia.org www.feng.pucrs.br www.textoscientificos.com https://es.scribd.com

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