METROLOGIA ELECTRICA

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MEDICIÓN ANALÓGICA – CALCULO DE ERRORES I.

OBJETIVOS           

II.

Observar que instrumentos son más viables que otros. Determinar numéricamente características de los instrumentos de medición tales como alcance, sensibilidad (apreciación) y exactitud. Reconocer la fuente de errores. Valorar la importancia de la acotación de errores en los procesos de medición. Determinar procedimientos de acotación de errores en mediciones indirectas. Determinar las características de los parámetros precisión, exactitud, sensibilidad y discrepancia. Puntualizar las maneras de como contrastar un instrumento de medición. Reconocer los instrumentos que se utilizan en la institución. Determinar la función, ubicación y mantenimiento de los instrumentos analógicos. Realizar mediciones de parámetros eléctricos y verificar los errores cometidos. Identificar algunos de los instrumentos más conocidos y empleados en la industria eléctrica.

FUNDAMENTO TEÓRICO A. Medición Proceso de reconocimiento que se reduce a la comparación, mediante un experimento físico, de una magnitud dada con un valor de esta magnitud elegida como unidad. En un diagnostico energético, la medición es un concepto que permite, mediante la instrumentación adecuada, experiencia, buen criterio, programa de análisis, coordinación y planeación apropiada, dar seguimiento al flujo y distribución de energía en su proceso de transformación y establecer un balance en cada etapa y en cualquier momento.

Fig. Nº1. Instrumentos de medición eléctrica

B. Teoría de errores LABORATORIO DE METROLOGÍA ELÉCTRICA – GH: 93G

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1. Error 



La diferencia entre un valor que se obtiene de una medición y el valor verdadero. En la mayoría de los casos dicho valor verdadero es desconocido. La incertidumbre estimada de un valor medido o calculado (desviación tipo Estándar, desviación promedio, etc.)

La especificación completa del fabricante permite evaluar la incertidumbre total de una medición o de la calibración de un instrumento. 2. Discrepancia Diferencia que existe entre dos valores correspondiente a dos mediciones distintas, a dos resultados diferentes, de un mismo valor medido. 3. Exactitud Proximidad de una medición al valor real. Es la desviación del valor medio al valor de un patrón de referencia tomado como verdadero. Las especificaciones son una descripción escrita de las potencialidades de un instrumento, señalan objetiva y cuantitativamente lo que el instrumento puede o no hacer. Las especificaciones de un instrumento se componen de tres partes básicas: Entrada o salida: Declara como ± (% de entrada o salida + número de dígitos). Intervalo de medición: En porcentaje (%). Nivel o umbral de ruido: Declarado en las unidades de medición. C. Errores de medición 1. Sistemáticos Invariablemente, tienen la misma magnitud y signo, bajo las mismas condiciones. 2. Teóricos De conocimiento o imperfecciones en el método de medida. 3. Instrumentales Propios de la construcción del instrumento o ajuste de los mismos. 4. Ambientales Variación de la temperatura, presión o humedad atmosférica, etc. 5. Personales

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Pueden deberse a limitaciones físicas del observador, estado anímico, fenómeno de paralaje. 6. Residuales Se presenta sorpresivamente y a veces se desconoce la causa y magnitud. Imposible de reducirlos y peor aún eliminarlos. Tratamiento de datos: a) Error absoluto (d) = Vmedido – Vreal esperado b) Error relativo (E) = d/ Vreal esperado c) Error porcentual (E%) = E*100 D. Precisión en instrumentos industriales La exactitud de las mediciones dependen en gran parte de una buena aproximación que den los instrumentos; sin embargo, estos tienen sus propios consumos que hacen que las mediciones difieran de los valores reales, para determinar el grado inherente al propio instrumento se define un parámetro denominado “clase de precisión”. En principio el instrumento debe contar con un rango de medición apropiado. La desviación del instrumento deberá darse en el manual de instrucciones, es con frecuencia expresada en % de lectura máxima. E. Métodos de medición Es recomendable que las mediciones se realicen en forma directa y cuando no sea posible o por conveniencia realizar estas en forma indirecta. Diferentes métodos de medición pueden ser usados dependiendo de las características y propiedades del proceso que existan para ser medidas, y del tiempo disponible para ejecutar las mediciones. Los métodos de medición pueden clasificarse en:  

Métodos estacionarios: Cuando existen instrumentos de medición permanentes o fijos. Método manual: Cuando se utilizan instrumentos de medición manuales portátiles.

Independientemente de determinar el número y localización de instrumentos de instalación permanente, deben seleccionarse los instrumentos portátiles que pueden requerirse para el diagnóstico. En muchos casos, uno solo de estos puede económicamente sustituir a varios instrumentos en diferentes localizaciones y puntos de medición de la misma índole.

Algunas sugerencias para seleccionar equipos o sistemas de medición.

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  



Determinar las mediciones físicas más apropiadas que serán base para calcular cada flujo de energía, Seleccionar tentativamente los tipos de elementos primarios requeridos (transductores) Decidir cómo se van a usar los resultados de cada evaluación de flujo de energía como base del análisis, de la interpretación y de apoyos para diagnóstico. Determinar cómo se presentaran y que acciones dependerán de su análisis.

F. Tipos de instrumentos Entre los instrumentos de medición se distinguen los elementos de entrada y los de salida; a los que se deben de adaptar los elementos de campo directamente o a través de las oportunas conversiones. Estos elementos pueden ser: Entrada analógica – Salida analógica Entrada digital – Salida digital Cada una de las anteriores puede ser, según la aplicación, de diferente construcción y cometido; entre los más comunes se pueden mencionar los siguientes: 1. Elementos de entrada Digitales: Termostatos, presostatos, alarmas, niveles y contactos de acción. Analógicos: Sondas de temperatura, sondas de caudal, sondas de humedad y conversiones de medidas. 2. Elementos de salida Digitales: Activación de relés y activación de contactores. Analógicos: Salidas de amperaje y salidas de voltaje. G. Instrumentos analógicos     

III.

Señalan en forma continua la señal eléctrica. La continuidad permite respuesta análoga. La magnitud de la salida representa el tamaño de la variable medida. Dispositivo de lectura – escala numérica. En la industria en C.A es importante: a) La frecuencia. b) Tipo de medición requerida: Valores eficaces, medida o pico de la señal a medir, etc.

MATERIALES

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Fig. Nº2. Fuente de alimentación DC

IV.

Fig. Nº2. Voltímetro analógico

Fig. Nº3. Amperímetro analógico

Fig. Nº4. Reóstato

Fig. Nº5. Multímetro digital

Fig. Nº6. Cables de conexión

PROCEDIMIENTO a) Descripción de los instrumentos de medición eléctrica que se utilizó en el laboratorio. VOLTÍMETRO SIMBOLO DESCRIPCIÓN El voltímetro analógico está formado por una aguja para la medida de voltaje. Tiene varias escalas de medida para seleccionar de acuerdo a la experiencia.

AMPERÍMETRO SÍMBOLO DESCRIPCIÓN Instrumento de medición de corriente alterna y continua, compuesto exteriormente por una aguja que registra el valor de la corriente

REOSTATO SIMBOLO

DESCRIPCIÓN Es una resistencia variable, en cargado de regular la corriente en un circuito mediante un cursor. b) Conexión corta para medición de resistencia LABORATORIO DE METROLOGÍA ELÉCTRICA – GH: 93G

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1. Armamos el siguiente circuito

VDC

R

2. Regulamos la fuente variable de VDC hasta obtener en el volumen “V” la tensión según indica los siguientes cuadros. Luego hallamos los errores porcentuales mediante la siguiente expresión:

E=

V teórico−V medido ×100 V teórico

2.1. V(Teórica) 30 25 20 15 10

R(Teórica) 55 55 55 55 55

V(Medido) 7.3 mV 6.5 mV 5.2 mV 3.9 mV 2.5 mV

A(Medido) 0.51 A 0.46 A 0.36 A 0.28 A 0.19 A

Hallando los

errores: A(Teórica) 0.54 A 0.45 A 0.36 A 0.27 A 0.18 A

E(Amperios)% 5.55% 2.22 % 0.00 % 3.70 % 5.55 %

2.2. V(Teórica) 30 30 30 30 30

R(Teórica) 10 20 30 40 50

V(Medido) 25 V 27 V 28 V 28.5 V 29 V

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A(Medido) 2.6 A 1.35 A 0.77 A 0.66 A 0.58 A Página

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Hallando los errores porcentuales: A(Teórica) 3.0 A 1.5 A 1.0 A 0.75A 0.6 A

E(Amperios)% 13.3% 10 % 23 % 12 % 3.33%

2.3. V(Teórica) 30 25 20 15 10

R(Teórica) 10 20 30 40 50

V(Medido) 25.5 V 24 V 19.25 V 14.5 V 9.5 V

A(Medido) 2.4 A 1.2 A 0.6 A 0.34 A 0.18 A

Hallando los errores porcentuales: A(Teórica) 3A 1.25 A 0.66 A 0.375 A 0.2 A

V.

E(Amperios)% 20 % 4% 9.09 % 1.33 % 10 %

CUESTIONARIO a) Investigar ¿Cuál es el principio de funcionamiento de los instrumentos de hierro móvil? Usos y aplicaciones Funcionamiento: La fuerza antagonista, opuesta a la fuerza activa de repulsión entre las paletas, se obtiene por medio de un contrapeso, lo que tiene la ventaja de no depender de un resorte, que con el tiempo pierde elasticidad. Este sistema se utiliza con ventaja en los cuadros de distribución, en los que la posición de funcionamiento permanece invariable para siempre una vez nivelado en el momento de su colocación. Cuando se utiliza de tipo portátil el par antagonista se logra por medio de resortes.

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Para evitar las oscilaciones de la aguja existe una pieza en forma de pala, solidaria con la aguja, esta pala se mueve dentro de una caja cerrada sin rozamiento, pero al ser cerrada, el movimiento de la pala comprime el aire con lo que se amortigua las oscilaciones de la aguja. Cuando se cambia el sentido de la corriente, también cambia la imantación de las dos paletas experimentando igual repulsión, por tanto no se ve afectada por el cambio de polaridad, sirviendo indistintamente para corriente continua y alterna. Partes: Bobina fija (1) Núcleo magnético fijo (2) Núcleo magnético móvil (3) Aguja Indicadora (4) Eje de la espiral Antagonista (5) b) Investigar ¿Cuál es el principio de funcionamiento de los instrumentos de bobina móvil? Usos y aplicaciones. Consta de un imán permanente fijo en la carcasa del aparato y de una bobina en forma de cuadro colocada entre los dos polos del imán, esta bobina va montada sobre un eje para que pueda girar libremente sobre sus ejes, solidaria con la bobina de cuadro está la aguja que se mueve dentro de un sector graduado, Las divisiones de este sector son proporcionales a la cantidad de corriente que pasan por la bobina de cuadro. En el cristal de protección y sobre el mismo eje de la aguja hay un tornillo con una leva excéntrica que girándolo con gran cuidado sirve para colocar la aguja en el cero de inicio de lectura. Funcionamiento: Los aparatos de cuadro móvil requiere que, para que se produzca el efecto de desplazamiento de la aguja, la corriente que circule por la bobina sea continua y siempre en el mismo sentido, es decir que los bornes del aparato de medida tiene que ir marcada la polaridad de entrada de corriente con el signo +. En caso de equivocación, el desvío de la aguja se produce hacia el lado contrario de la escala graduada. Es por esta razón que este tipo de mecanismo (magneto eléctrica de bobina móvil) se usa para corriente continua

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c) ¿A que se denomina instrumentos true RMS? Nuestros instrumentos de laboratorio son true RMS. Estos tipo de instrumentos son los más costosos y a su vez precisos. Utilizan procesamiento de señales digitales lo que asegura una medición exacta. No importa que tan extraña sea la señal AC a medir, el valor RMS que indicará siempre será el correcto. Si utilizamos un instrumento que no es True RMS y medimos una señal senoidal de 220Volts RMS la medición que obtendremos será de 220Volts RMS. La medición es correcta ya que para ese tipo de onda no hay inconvenientes. Pero si utilizamos el mismo instrumento para medir el valor RMS de una señal senoidal modificada o una señal de onda cuadrada la indicación que obtendremos será de unos 180- 210Volts. Esto no sucede con un instrumento True RMS el cual para ambas señales indicara 220Volts. Para verificar que la indicación no es la verdadera, y que en realidad existen 220Volts RMS en la señal lo que puede hacer es conectar una lámpara común y comprobar que el brillo sea el normal. Si existiesen 180Volts en la línea el brillo será considerablemente menor. Como ya dijimos, los voltímetros True RMS son en su mayoría costosos, pero es la única forma de medir en forma fehaciente el valor RMS de una señal. Los instrumentos utilizados en la experiencia no son true RMS ya que estábamos trabajando con corriente continua. d) En la toma de mediciones de impedancias, ¿Existen errores de medición? ¿Los resultados son coherentes? Si ha tenido errores explique a que se debieron estos errores. Cuando se hace medidas en el laboratorio siempre habrán errores, es decir los resultados tanto teórico como experimental serán coherentes pero no exactamente iguales. Los errores que pudieron afectar la medición podrían haber sido por: el experimentador (el estudiante), la temperatura del laboratorio, falta de calibración en los instrumentos. VI.

CONCLUSIONES

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VII.



Cuando variamos la resistencia y mantenemos constante la tensión de entrada notamos que los errores porcentuales son más pequeños que en los demás casos.



Notamos que el máximo error porcentual encontrado en las medidas es de 23%.

BIBLIOGRAFIA  

Metrología Eléctrica – Ing. Roberto Solís Farfan (FIEE - UNAC) http://medicioneselectronicas.blogspot.com/2011/10/tipos-deinstrumentos.html

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