Informe previo 3

Laboratorio de Mediciones Electrónicas – UNMSM

U.N.M.S.M Facultad de Ing. Electrónica, Eléctrica y Telecomunicaciones Apellidos y Nombres 

Matricula

Villanueva Arquinigo Jesus Angel

Curso



15190172

Tema

Mediciones

Instrumentación DC

Electrónicas Informe

Fechas

Previo

Nota

Realización

Entrega

19-09-17

19-09-17

Número 3 Grupo

Profesor

2

Ing. Luis Paretto Q.

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Ins trumentación DC  C uestionario previo: 1. ¿Qué instrumentos DC? En un diagrama de bloques explique sus características. Es la potencia consumida en el tiempo, por el instrumento de medición en su escala mínima cuando se produce una deflexión máxima. Consumo específico Es la potencia absorbida por el instrumento de medición con respecto al rango de trabajo

Mínima cantidad de intensidadde corriente que producirá un desplazamiento de una unidad de longitud. Sensibilidad Caracterisitcas de instrumentacion DC

Mínima energía requerida para desplazar la aguja a escala completa.

Linealidad de la escala

Significa que las escalas están divididas en tramos iguales y estas escalas pueden ser del amperímetro y del voltímetro.

Resistencia interna

Debe ser resistencia de alta temperatura y el coeficiente de temperatura estable. Por tanto será de cobre, constantan o manganina.

2. Explique en qué consiste el movimiento D’Arsonval. Ventajas y desventajas. El mecanismo sensor más común que se emplea en los amperímetros y voltímetros electromecánicos es un dispositivo sensor de corriente llamado galvanómetro de D' Arsonval o movimiento de imán permanente y bobina móvil. Este mecanismo fue desarrollado por D' Arsonval en 1881. También se emplea en algunos óhmetros, medidores rectificadores de corriente alterna y puentes de impedancia. Su aplicación tan difundida se deba a su sensibilidad y exactitud extremas. Se pueden detectar corrientes de menos de 1m A mediante instrumentos comerciales. El movimiento detecta la corriente empleando la fuerza que surge de la interacción de un campo magnético y la corriente que pasa a través de él. La fuerza se emplea para generar un desplazamiento mecánico, que se mide en una escala calibrada. Las cargas que se mueven en forma perpendicular al flujo de un campo magnético experimentan una fuerza perpendicular tanto al flujo como a la dirección de movimientos de las cargas. Como la corriente que pasa por un conducto de debe

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a un movimiento de cargas, esas cargas estarán sujetas a la fuerza magnética si se orienta adecuadamente al conductor dentro de un campo magnético. La fuerza se transmite mediante las cargas a los átomos en un conductor, y se fuerza al conductor mismo a moverse. La dirección de la fuerza en el conductor que lleva la corriente se encuentra fácilmente mediante la regla de la mano derecha. El dedo índice apunta en la dirección de la corriente convencional y el dedo medio apunta en la dirección del campo magnético. La ecuación vectorial que define a esta fuerza es:  = 

En algunos medidores analógicos las escalas son no lineales. Esto se debe por lo general a que el campo magnético no es uniforme en toda la zona entre las piezas polares del imán. Para que la indicación del medidor sea exacta, la escala del medidor debe desviarse de la linealidad para compensar esa falta de uniformidad del medidor. Una bobina de alambre se fija en un eje que gira en dos cojinetes de joya. La bobina puede girar en un espacio entre un núcleo cilíndrico de hierro suave y dos piezas polares magnéticas. Las piezas polares crean el campo magnético y el núcleo de hierro restringe el campo al espacio de aire (entrehierro) entre él y las piezas polares. Si se aplica una corriente a la bobina suspendida, la fuerza resultante hará que gire. A este giro se oponen dos resortes pequeños que originan un par (fuerza giratoria) que se opone al par magnético. Las fuerzas de los resortes se calibran de modo que una corriente conocida origine una rotación de ángulo conocido. El puntero liviano muestra la cantidad de rotación sobre una escala calibrada. La desviación de la aguja es directamente proporcional a la corriente que fluye en la bobina, siempre que el campo magnético sea uniforme y la tensión del resorte es lineal. En ese caso, la escala del medidor también 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 la lectura de la escala completa. 3. Explique sobre el comportamiento dinámico del galvanómetro (críticamente amortiguada, subamortiguada y sobre amortiguada). El comportamiento dinámico de un galvanómetro se puede observar mediante interrupciones repentinas de la corriente aplicada, de manera que la bobina regresará de su posición deflectada a su posición cero. Esto se reconoce como resultado de la inercia del sistema móvil, la aguja pasará por la marca cero en dirección opuesta, y después oscilará alrededor de cero. Estas oscilaciones se reducen de manera gradual debido al amortiguamiento del elemento móvil y finalmente la aguja llega a su estado de reposo en cero.

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Tres cantidades caracterizan el movimiento de la bobina móvil en el campo magnético:   

El momento de inercia (J) de la bobina móvil sobre el eje de rotación. El par opuesto (S) desarrollado por la suspensión de la bobina. La constante de amortiguamiento (D).

La ecuación diferencial que relaciona estos tres factores tiene tres posibles soluciones, y cada una describe el comportamiento dinámico de la bobina en función del ángulo de deflexión .  



Sobreamortiguado, es aquel donde la bobina regresa lentamente a su posición estable sin sobrepaso ni oscilaciones. Subamortiguado, es aquel donde el movimiento de la bobina está sujeto a las oscilaciones senoidales amortiguadas. La razón con la que desaparecen tales oscilaciones se determina con la constante de amortiguamiento (D), el momento de inercia (J) y el contrapar (S) producido por la suspensión de la bobina. Críticamente amortiguado en el cual la aguja regresa con rapidez a su posición estable, sin oscilaciones.

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4. ¿Qué es sensibilidad y clases? Sensibilidad: La sensibilidad de los aparatos de medida determina la mínima medida de una magnitud que se puede hacer con un determinado aparato. La sensibilidad de un aparato de medida está relacionada con la calidad de las medidas que se realicen con él. Toda medida viene afectada por una imprecisión mínima; es decir, el límite de la precisión de la medida, que es la sensibilidad del instrumento de medida. Se define como la menor división de la escala en que está graduado el instrumento. En el amperímetro: La sensibilidad se indica por el número de amperios, miliamperios o microamperios que debe de fluir por la bobina para producir la desviación completa. Si un instrumento tiene una sensibilidad de 1 mA, es necesario 1 mA para producir la desviación completa. En el voltímetro: Aquí la sensibilidad está expresada en ohmios por voltio, o sea, la resistencia del instrumento. Para que el voltímetro sea preciso que este tome una corriente muy baja del circuito, lo cual se obtiene mediante una alta resistencia. El número de ohmios por voltio de un voltímetro se obtiene dividiendo la resistencia total del instrumento entre el voltaje máximo que puede medir. Para un trabajo general en electrónica, un voltímetro debe tener como mínimo una sensibilidad de 1,000 ohmios por voltio. Clase: La precisión define la "clase del instrumento" y está indicada en error relativo absoluto (porcentual absoluto) referido al valor máximo de la escala y especificado para cada rango o escala. Las clases permitidas por las normas son:

La clase de un instrumento permite calcular el error de clase del mismo, el cual es la indicación que nos brinda el fabricante sobre la calidad del equipo. Ester error equivale a la cota de error absoluto cuando se mide en un instrumento de alcance determinado. El error se calcula como:

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5. Explique el procedimiento del diseño en una resistencia SHUNT para: a) Amperímetro: Para efectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente circule por el amperímetro, por lo que éste debe colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. El amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible con la finalidad de evitar una caída de tensión apreciable (al ser muy pequeña permitirá un mayor paso de electrones para su correcta medida). Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, están dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras. En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a las que podrían soportar los delicados devanados y órganos mecánicos del aparato sin dañarse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por éste una fracción de la corriente principal. A este resistor adicional se le denomina shunt. Aunque la mayor parte de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la intensidad total por lo que el galvanómetro se puede emplear para medir intensidades de varios cientos de amperios. Se muestra la conexión de un amperímetro (A) en un circuito, por el que circula una corriente de intensidad (I), así como la conexión del resistor shunt (RS).

El valor de RS se calcula en función del poder multiplicador (n) que se quiere obtener y de la resistencia interna del amperímetro (RA) según la fórmula siguiente:

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b) Voltímetro: Un voltímetro está constituido por un galvanómetro y una resistencia serie. La adición de una resistencia en serie o multiplicador convierte al movimiento básico D'Arsonval en un voltímetro de cd.

Donde: Im = corriente máxima de deflexión del galvanómetro.. Rm = resistencia interna del movimiento. Rs = resistencia multiplicadora. V = voltaje a plena escala del instrumento.

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6. Explique en qué consiste el efecto de carga y la forma de evitarlo para: El efecto de carga, también conocido como regulación, tiene que ver con el error en la medición de un determinado parámetro, cuando se emplea un determinado instrumento que modifica el sistema a medir. Ejemplos clásicos son las impedancias internas de los equipos electrónicos, así como una resistencia en paralelo cuando se mide con un voltímetro.  A continuación veremos cómo evitar este error por efecto de carga en el voltímetro y en el amperímetro. a) Voltímetro: La resistencia interna del voltímetro debe ser igual a 10 veces mayor que la resistencia en la que se quiere tomar el voltaje. b) Amperímetro: La resistencia interna del voltímetro debe ser igual a 10 veces menor que la resistencia en la que se quiere medir la intensidad de corriente. 7. Describa

los

siguientes

métodos

de

medida:

a) Medida de deflexión: En estos métodos, la deflexión del instrumento constituye la base de evaluación de la magnitud. La señal, magnitud, produce en el instrumento un efecto (generalmente un desplazamiento) y este efecto origina otro similar, pero opuesto, en alguna parte del instrumento. La “lectura” es posible cuando ambos efectos se equilibran. La deflexión es, en cualquier caso, proporcional a la magnitud desconocida. b) Cero: En los métodos de cero la indicación nula o cero de un instrumento lleva a determinar la magnitud a partir de otras condiciones conocidas. Por tanto, la deflexión del instrumento no constituye la base para la evaluación de la magnitud.  Además, en los métodos de cero, el efecto de oposición es equilibrado en todo instante. c) Diferencial: Cuando se pretende medir pequeñas variaciones de un mesurando que está afectado por un valor constante o de “base”, es conveniente efectuar la medición por el método diferencial, que permite caracterizar correctamente al valor bajo medición. Este método se utiliza cuando se quiere medir la variación de un parámetro con respecto a un valor inicial. En primer lugar este valor inicial se ajusta con respecto a una referencia estable, de forma que el instrumento sensor

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indique cero. Cualquier variación de la incógnita puede determinarse mediante la indicación del instrumento sensor. 8. Explicar y analizar el funcionamiento del puente de Wheatstone (puente resistivo). Un puente de Wheatstone es un circuito eléctrico que se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.

Primero usamos la ley de corriente de Kirchoff (LCK) para encontrar la corriente que circula en los nodos D y B (I G): Nodo D:

Nodo B:

Luego usamos la ley de voltajes de Kirchoff (LVK) para encontrar los voltajes de los lazos ABD y BCD: Lazo ABD:

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Lazo BCD:

Cuando el puente está balanceado, entonces I G  = 0, entonces el segundo grupo de ecuaciones se puede re escribir como:

Entonces, al dividir las ecuaciones y re ordenar, se obtiene:

Nuevamente, si I G = 0, entonces I 3 = I X e I1 = I 2. El valor deseado de R X para lograr el equilibrio es:

Bibliografía:      

     

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http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/70601/fichero/capitulo2_medida+de+ deflexiones+en+firmes.pdf  https://es.scribd.com/document/246318280/Medidas-Por-Metodos-deDeflexion https://es.scribd.com/doc/116772157/metodo-de-medicion-diferencial https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Wheatstone

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