Informe 5

CONSTRUCCION Y USO DE UN AMPRIMETRO MULTIRANGO 1.

OBJETIVO:

En base del dato (conocimiento de la Ri de un galvanómetro) de la práctica # 4 (el de menor valor fondo escala) construir un amperímetro de 0,02 A fondo escala (Se puede hacer un multi-rango). Determinar la constante de escala del nuevo medidor y usarlo para medir las intensidades de corriente en un circuito eléctrico.

2.

TEORIA:

 AMPER  AMPERÍME ÍMETRO TRO.. Definición.- Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Los amperímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en amperios

Fig. 1. Esquema de las conexiones internas de un amperímetro UTILIZACION Para efectuar la medida de la intensidad de la corriente circulante el amperímetro ha de colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. Esto nos lleva a que el amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible, a fin de que no produzca una caída de tensión apreciable. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras.

Fig. 2. Conexión del amperímetro en un circuito

RESISTENCIA DE DERIVACION En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a las que podrían soportar los devanados y órganos mecánicos del aparato sin destruirse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por este una fracción de la corriente principal. A este resistor adicional se le denomina shunt. Para que un galvanómetro funcione como amperímetro hay que tener en cuenta que por el fino hilo de la bobina de un galvanómetro sólo puede circular una intensidad de corriente pequeña. Si hay que medir intensidades mayores, se acopla una derivación de baja resistencia, denominada shunt, a los terminales del medidor. La mayor parte de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, pero la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la intensidad total. Al utilizar  esta proporcionalidad, el galvanómetro se puede emplear para medir intensidades de varios cientos de amperios.  APLICACIÓN A LA ESCALA DE MEDICION Una resistencia derivada o "shunt" permite desviar parte de la corriente a medir. El instrumento mide solo una porción de la corriente total, siempre menor a su corriente máxima permisible. La escala de comente del amperímetro D.C. se puede extender mediante varias resistencias de derivaciones, seleccionadas por un interruptor de rango. Tal medidor se llama amperímetro multirango. El circuito tiene tres derivaciones, que se pueden colocar en paralelo con el movimiento para dar cuatro escalas de comentes diferentes. El interruptor S es de multiposición, del tipo que hace conexión antes-de-desconectar, de manera que el movimiento no se vea afectado cuando el circuito se queda sin protección, sin derivación, al cambio de rango. La derivación universal de Ayrton elimina las posibilidades de tener el medidor sin ninguna derivación en el circuito. Esta ventaja se obtiene a expensas de llegar a tener una resistencia total del medidor ligeramente mayor. La derivación de  Ayrton da una excelente oportunidad para aplicar la teoría de los circuitos básicos a circuito práctico.

3.

PARTE EXPERIMENTAL

Esquema de conexión:

Materiales utilizados: Fuentes: Elementos:

1 1 1 1

Fuente de CC Resistor decádico de 0 a 10 K Ω Reóstato de 600 Ω Tablero resistores (100 y 300 Ω

1 1 1 1 3

Micro-amperímetro analógico Multímetro analógico Multímetro digital Interruptor doble con protección Interruptor simple Juego de cables

) Equipo de medida Elementos de maniobra y protección

Procedimiento: 1. Uso del galvanómetro como amperímetro 1.1 Para comprobar el valor de la resistencia shunt calculada, el el circito de la fig. 1 Con la fuente en 5 V y Rv en su máximo valor, colocar en la resistencia en Rs el valor calculado para 0,02 (A). de fondo de escala (lectura sugerida). Ir variando simultáneamente el valor de Rv y el valor de Rs hasta conseguir el valor de corriente diseñado en ambos miliamperímetros y anotar el resultado

1.2 En caso de ser necesario ajustar simultáneamente Rv y Rs para que los dos miliamperímetros marquen los valores de fondo de escala (el valor  en Rs es el valor práctico de Rsh) y los terminales a-b son los terminales del miliamperímetro (escala 0,02 A).

2. Uso de la nueva escala del amperímetro 2.1 Armar el circuito de la fig. 2 con los elementos de protección y maniobra necesarios. 2.2 Tomar datos de corriente eléctrica total y corriente en cada elemento con el mili-amperímetro (los terminales a-b) ampliadndo la escala (aplicar la constante de escala calculada), con el multímetro analógico y con el multímetro digital, (anotar dichos valores).

4.

DATOS EXPERIMENTALES

CARACTERISTICAS DEL EQUIPO FUENTES Nombre

Marca

Catálogo

Capacidad

Apreciación

--------

LCE.308.002.038.16

20 V

0.2 V

Marca

Catálogo

Capacidad

Apreciación

YEW ---------

LCE.50X.40 LCE.517.002.00326

170 Ω 10 K Ω

--------0.01 Ω

Marca

Catálogo

Capacidad

Apreciación

TRIPLETT TRIPLETT TRIPLETT

LCE.508.002.03520 LCE.508.002.03514 -----------

50 uA 10 uA

0.1 uA 0.2 uA

Fuente C. C.

ELEMENTOS Nombre Reóstato Resistor decádico

EQUIPO DE MEDIDA Nombre Micro-amperímetro analógico Multímetro analógico  A1

= 20(mA)

 A2

 A) = 10( µ 

 RSH   RSH 

=

=

r i . I   fe  I  − I   fe 735.85 •10 ×10 −6

 RSH 

0.02 −10 ×10 −6 = 3.678Ω

 K esc

= 2 ×10

3

5.

CUESTIONARIO

5.1.

Presentar un cuadro de valores en el que consten: valores medidos, valores calculados si los hay, errores expresados en forma porcentual (considerar como valor real el tomado con el multímetro digital).

VALORES MEDIDOS Elemento

Micro-amperímetro analógico Multímetro analógico Multímetro digital Voltaje de la fuente: 7.6 (V)

S1

S2

S3

13.6 13.2 14.1

10.2 10 10.5

3.4 3.1 3.6

CALCULO DE ERRORES  I  =  E  R

 I 1 + I 2 2 =

 I  − I r   I r 

×100%

Para S1:  I  =  E  R

13.6 +13.2 2 =

=13.4

13.4 −14.1 14.1

×100% = − 0.0496 ×100% = 4.96%

Para S2  I 

=10.1

 E  R

= −0.0381 ×100% =3.81%

Para S3  I  = 3.25  E  R

=| −0 .09721 | ×100 % = 9.72%

5.2.

Presentar en un solo gráfico el diseño de la escala elaborada, la escala el mili-amperímetro original y comentar los resultados y  justificar los errores

Los errores, como ya se conoce, son inevitables, y aunque deberían ser  menores, estos son relativamente aceptables, si tomamos en cuenta que no son muchas las mediciones que se han tomado, por l o que se puede encontrar una gran variabilidad en el valor medio de una cierta intensidad de corriente con respecto al valor real.

5.3.

Presentar los cálculos y un gráfico en el que se identifique claramente la escala original y las escalas para un amperímetro de 1 y 3 (A) fondo escala PARA I = 1 A

 RSH 

=

 Ri × I   fe  I  − I   fe

=

7351.85 ×10 ×10 −6 1 −10 ×10 −6

PARA I = 3 A

= 0.0735Ω

 RSH 

5.4.

=

 Ri

× I   fe

 I  − I   fe

=

7351.85 ×10 ×10 −6 3 −10 ×10 −6

= 0.0245Ω

Presentar el diagrama circuital y el cálculo de las constantes de escala original y para estas dos nuevas escalas (1 y 3 (A)).

k esc

=

 I   I   fe

Para I = 1 A k esc

1 =

10 ×10

−6

=

10

5

Para I = 3 A k esc

5.5.

3 =

10 ×10

−6

= 3 ×10

5

Comentar y justificar los errores cometidos.

El error más alto que se pudo hallar fue de más del 9%, este es relativamente alto, ya que el error no debería pasar del 1%; pero, también se puede considerarlo aceptable debido a que hay factores que no permiten que se pueda reducir un poco más el nivel de error, que puede ser, inclusive, errores del experimentador. En fin, para que esto no ocurra se debe tomar muchas medidas, que son necesarias, como: tratar de aprovechar el tiempo para hacer una repetición del experimento, de tal manera que se pueda comparar las medidas; darse el tiempo adecuado para la realización de la práctica, esto quiere decir, para anotar un valor, estar seguro de que es ese; utilizar adecuadamente los materiales del laboratorio, como también los instrumentos de medición.

6.

CONCLUSIONES -

7.

RECOMENDACIONES -

-

-

8.

Se ha desarrollado un método efectivo con el cual se a podido construir  un amperímetro con el fondo escala que el practicante desee, esto con conocimientos desarrollados en los experimentos anteriores. Se a podido determinar también, lo que es la escala de este nuevo medidor de intensidad de corriente, aplicado a un circuito eléctrico Si se realiza de la mejor manera la práctica y poniendo todo el afán en ésta, el error es relativamente bajo, y esto quiere decir que se a cumplido de manera adecuada con los objetivos del laboratorio

Es muy importante a la hora de anotar los valores, saber bien que medidas son las que se están midiendo, saber utilizar correctamente los aparatos de medida, es decir, tomar en cuenta todas las especificaciones que da el fabricante para la optimización del proceso Se debe tratar de tomar las mejores medidas de seguridad para salvaguardar la integridad física del experimentador, además de la conservación de los instrumentos utilizados, para no causar daños materiales en estos. Se debe tratar de tomar en cuenta ciertos aspectos, como: la sensibilidad de ciertos equipos, como por ejemplo el galvanómetro, no se le puede aplicarle una intensidad de corriente muy alta, ya que si es así, se le puede exponer a un corto-circuito, y por lo tanto, la invalidación del instrumento

APLICACIONES

-

-

9.

Con el desarrollo de esta práctica se han podido comprender una gran cantidad de conceptos, y por lo tanto, se da paso a varias aplicaciones, así por ejemplo: si no se posee un amperímetro con un fondo escala muy alto, es decir, si no puede leer intensidades de corriente, si se podría decir, elevadas; se puede conectar a una resistencia y entonces se amplía el fondo escala, que es lo que se hizo en el experimento, de tal manera que ya se podría leer intensidades de corriente mayores. Si se realiza el proceso inverso, es decir, cambiar su fondo escala, reduciéndolo, se podría obtener una mayor apreciación y exactitud, entonces, si se sabe que no se va a leer una magnitud mayor a la del fondo escala del galvanómetro, entonces se puede rediseñar al galvanómetro para que se reduzca el fondo escala y así obtener mayor  precisión y exactitud en las medidas.

BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL -

http://elamperimetro.blogspot.com/2007/11/la-necesidad-de-controlar-yminimizar.html www.itescam.edu.mx/principal-sylabus/fpdb/recursos/r6846.DOC