uso de escalas

ESCUELA POLITECNICA NACIONAL AREA DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS, E INTELIGENCIA ARTIFICIAL LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

INFORME DE  : Tecnología Eléctrica

X

Análisis de Circuitos Eléctricos I Análisis de Circuitos Eléctricos II

Práctica #:

3

Tema: USO DE ESCALAS

Fecha de Realización: 09 09 año

/ 10

/7

mes

día

Realizado por: Alumno (s):

W8TE - #G5

(Espacio Reservado) Fecha de entrega: ____ / ____ / ____  ______________________ año

mes

f.

día

Recibido por:

Sanción:

Semestre:

Oct - Mar Mar - Ago

x 2009-2010

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TITULO: USO DE ESCALAS

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OBJETIVO: Interpretar las lecturas efectuadas con varios instrumentos de medición y en diferentes escalas de: diferencias de potencial (voltaje) e intensidades de corriente (corriente) en algunos elementos de un circuito eléctrico. Analizar los errores cometidos, comentarlos y justificarlos.

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TEORIA: Medidores de voltaje: Voltímetro: En la figura 1 se presenta un esquema que representa el uso del galvanómetro como instrumento de medir voltaje, un voltímetro. En este caso, un resorte en espiral mantiene la aguja en el valor cero de la escala, por lo que solo sirve para medir los voltajes conectados con la polaridad señalada en los bornes positivo y negativo del aparato durante la conexión. Si la conexión se hace en sentido contrario, la aguja tenderá a moverse por debajo del cero. Para que un aparato pueda medir el voltaje de un circuito, no debe producir carga apreciable a él, o de lo contrario modifica el propio valor de lo que mide, esto es, debe tener una elevada resistencia interna para extraer muy poca corrientes del medio a medir. Si conectamos directamente el galvanómetro al circuito, como la resistencia eléctrica de la bobina es baja y el hilo conductor muy fino, lo más probable es que circule demasiada corriente y arruine el aparato, o, en el mejor de los casos, se afecte el voltaje a medir debido a la carga que impone el instrumento, por tal razón se colocan las elevadas resistencias R₁ y R₂ que reducen la carga al circuito a un valor inapreciable.

Como el galvanómetro puede trabajar con esas pequeñas corrientes se garantiza una medición confiable y la protección del instrumento. Solo falta calibrar la escala a los valores apropiados. Salta a la vista que los valores de las resistencias R₁ y R₂ deben guardar una

estrecha relación con el rango de valores del voltaje a medir, y de este modo, mantener el galvanómetro en la zona de sus corrientes de operación. Usando entonces un juego de resistencias diferentes y un conmutador, un mismo galvanómetro puede usarse para gran cantidad de rangos de medición, lo que es muy común en los voltímetros en la práctica.

Medidores de corriente: Galvanómetros: Los galvanómetros son los instrumentos principales en la detección y medición de la corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente eléctrica y un imán. El mecanismo del galvanómetro está diseñado de forma que un imán permanente o un electroimán produce un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de corriente en una bobina cercana al imán. El elemento móvil puede ser el imán o la bobina. La fuerza inclina el elemento móvil en un grado proporcional a la intensidad de la corriente. Este elemento móvil puede contar con un puntero o algún otro dispositivo que permita leer en un dial el grado de inclinación. El galvanómetro de inclinación de D'Arsonval utiliza un pequeño espejo unido a una bobina móvil y que refleja un haz de luz hacia un dial situado a una distancia aproximada de un metro. Este sistema tiene menos inercia y fricción que el puntero, lo que permite mayor precisión. Este instrumento debe su nombre al biólogo y físico francés Jacques D'Arsonval. Cuando se añade al galvanómetro una escala graduada y una calibración adecuada, se obtiene un amperímetro, instrumento que lee la corriente eléctrica en amperios. D'Arsonval es el responsable de la invención del amperímetro de corriente continua. Sólo puede pasar una cantidad pequeña de corriente por el fino hilo de la bobina de un galvanómetro. Si hay que medir corrientes mayores, se acopla una derivación de baja resistencia a los terminales del medidor. La mayoría de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, pero la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la corriente total. Al utilizar esta proporcionalidad el galvanómetro se emplea para medir corrientes de varios cientos de amperios.

Micro amperímetros: Un micro amperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio. Los galvanómetros convencionales no pueden utilizarse para medir corrientes alternas, porque las oscilaciones de la corriente producirían una inclinación en las dos direcciones. Electrodinamómetros: Puede utilizarse para medir corrientes alternas mediante una inclinación electromagnética. Este medidor contiene una bobina fija situada en serie con una bobina móvil, que se utiliza en lugar del imán permanente del galvanómetro. Dado que la corriente de la bobina fija y la móvil se invierten en el mismo momento, la inclinación de la bobina móvil tiene lugar siempre en el mismo sentido, produciéndose una medición constante de la corriente. Los medidores de este tipo sirven también para medir corrientes continuas. Medidores de aleta de hierro: Otro tipo de medidor electromagnético es el medidor de aleta de hierro o de hierro dulce. Este dispositivo utiliza dos aletas de hierro dulce, una fija y otra móvil, colocadas entre los polos de una bobina cilíndrica y larga por la que pasa la corriente que se quiere medir. La corriente induce una fuerza magnética en las dos aletas, provocando la misma inclinación, con independencia de la dirección de la corriente. La cantidad de corriente se determina midiendo el grado de inclinación de la aleta móvil. Medidores de termopar: Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se utilizan medidores que dependen del efecto calorí fico de la corriente. En los medidores de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la unión de termopar. La electricidad generada por el termopar se mide con un galvanómetro convencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente pasa por un hilo fino que se calienta y se estira. El hilo está unido mecánicamente a un puntero móvil que se desplaza por una escala calibrada con valores de corriente.

Cuadro de simbología básica: NOMBRE Voltímetro

SIMBOLOGÍA

Vatímetro registrador Osciloscopio Contador horario Amperihorímetro

Varihorímetro

Amperímetro corriente reactiva. Vármetro

de

Aparato de medida del factor de potencia Fasímetro Frecuencímetro Termómetro - Pirómetro Ondámetro Voltímetro diferencial Galvanómetro Tacómetro Sincronoscopio

Medidores de voltaje y amperaje: El instrumento más utilizado para medir la diferencia de potencial (el voltaje) es un galvanómetro que cuenta con una gran resistencia unida a la bobina. Cuando se conecta un medidor de este tipo a una batería o a dos puntos de un circuito eléctrico con diferentes potenciales pasa una cantidad reducida de corriente (limitada por la resistencia en serie) a través del medidor. La corriente es proporcional al voltaje, que puede medirse si el galvanómetro se calibra para ello. Cuando se usa el tipo adecuado de  resistencias en serie un galvanómetro sirve para medir niveles muy distintos de voltajes. El instrumento más preciso para medir el voltaje, la resistencia o la corriente continua es el potenciómetro, que indica una fuerza electromotriz no valorada al compararla con un valor conocido. Para medir voltajes de corriente alterna se utilizan medidores de alterna con alta resistencia interior, o medidores similares con una fuerte resistencia en serie. Los demás métodos de medición del voltaje utilizan tubos de vacío y circuitos electrónicos y resultan muy útiles para hacer mediciones a altas frecuencias. Un dispositivo de este tipo es el voltímetro de tubo de vacío. En la forma más simple de este tipo de voltímetro se rectifica una  corriente alterna en un tubo de diodo y se mide la corriente rectificada con un galvanómetro convencional. Otros voltímetros de este tipo utilizan las caracterí sticas amplificadoras de los tubos de vacío para medir voltajes muy bajos. El osciloscopio de rayos catódicos se usa también para hacer mediciones de voltaje, ya que la inclinación del haz de electrones es proporcional al voltaje aplicado a las placas o electrodos del tubo. Sin duda los valores de corriente y voltaje de un sistema de corriente directa son los parámetros básicos para identificar las propiedades del circuito. Los aparatos destinados a estas mediciones se conocen como voltímetro (para voltaje) y amperímetro (para intensidad corriente). En los dos casos, el paso de una corriente eléctrica por el instrumento es la que define el valor de la medición en la escala, ya sea esta calibrada en voltios o en ampéres. De este hecho se desprende que el instrumento indicador esencial es un amperímetro (miliamperímetro) al que se le adicionan elementos externos para uno u otro propósito de medición, veamos: En la figura 2 se muestra el dispositivo básico de medición, que muchos llaman galvanómetro de aguja. Consta de una bobina de alambre muy fino arrollada en un núcleo de hierro y sostenida por un eje con muy poca resistencia al movimiento, la bobina está colocada entre las dos zapatas polares de un imán permanente. Al núcleo de

hierro está adosado un puntero que sirve para señalar valores en una escala. Cuando circula una corriente por la bobina, el núcleo de hierro se magnetiza y recibe la atracción de los polos del imán en una dirección u otra en dependencia de la polaridad de la conexión, el núcleo gira en el pivote, y la aguja indicadora registra la magnitud. Un resorte en espiral colocado en el eje de giro, o un pequeño contrapeso, regresan la aguja a su posición original cuando se desconecta. Estos aparatos son muy sensibles y pueden detectar muy pequeñas corrientes. En dependencia de como se conecte este galvanómetro al circuito puede construirse con él tanto un voltímetro como un amperímetro.

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Parte experimental: Equipo a utilizarse: Fuente: Elementos:

1 1 1 Equipo de medida: 1 1 1 1 Elementos de maniobra y protección: 1 4 1

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Fuente de corriente continua Banco de resistencias (100 y 300 Ω) Reóstato de 600Ω Voltímetro D. C. Amperímetro D. C. Multímetro analógico Multímetro Digital. Interruptor doble con protección. Interruptores Adaptador para medir intensidad de corriente Juego de cables

PROCEDIMIENTO PRÁCTICO: 4.1.- Exposición del profesor sobre el objetivo y las tareas a cumplir durante la práctica.

4.2.- Anotar las características (técnicas) de los elementos que tiene en la mesa de trabajo, si ya los tiene anote la serie. 4.3.- Armar el circuito de la Fig. 1, con los elementos de protección y maniobra necesarios. 4.3.1- Alimentar al circuito con una fuente de corriente directa de aproximadamente 20V. 4.3.2.- Mediante la variación del divisor de voltaje regular a 15V el nivel de tensión (medido con el multímetro digital) que alimente al circuito. 4.4.- Tomar nota de los valores de voltaje para cada elemento con todos los voltímetros existentes y en 2 escalas diferentes (si es posible).

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CUESTIONARIO MÍNIMO QUE DEBE ADJUNTARSE EN EL INFORME:

1. Presentar loa datos debidamente tabulados incluyendo el error relativo (considere la medida obtenida con el Multímetro digital como valor real), la constante de escala de cada uno de los instrumentos analógicos utilizados y el error de lectura para cada medida efectuada con los instrumentos. Corriente Multímetro digital

Voltímetro analógico

Estudiante 1 74.3 mA

Estudiante 2 74.3 mA

Estudiante 1 76 mA

Estudiante 2 75 mA

Promedio

Error

75.5 mA

0.016

R1 50 Ω

42.5 mA

42.5 mA

43 mA

45 mA

44 mA

0.0353

R2 100 Ω

31.9 mA

31.9 mA

32.1 mA

32 mA

32.05 mA

0.0047

R3 200 Ω

Voltaje Multímetro digital

Voltímetro analógico

Estudiante 1 2.20 V

Estudiante 2 2.20 V

Estudiante 1 2.2 V

Estudiante 2 2.1 V

Promedio

Error

2.15 V

-0.022

R1 50 Ω

4.23 V

4.23 V

4.2 V

4.1 V

4.15 V

-0.0189

R2 100 Ω

6.42 V

6.42 V

6.4 V

6.35 V

6.375 V

-0.007

R3 200 Ω

Constante de escala (k)

Voltaje Constante escala (k)

Voltímetro 1 Escala 30

Voltímetro 2 Escala 65

0.1

1.08333

2. Presentar Claramente un ejemplo de cálculo para cada valor de la tabla del numeral anterior. Cálculo de error en la medición de voltaje: Error relativo =

Vm



Vr 

Vr 

50 Ω:  Er 

2.15 



2.20

0.022

 

2.20

100 Ω:

 Er 

4.15 



4.23

0.0189

 

4.23

200 Ω:  Er 

6.375 



6.42

0.007

 

6.42

Cálculo de error en la medición de corriente: Error relativo =

Vm



Vr 

Vr 

50 Ω:  Er 

0.0755 



0.0743

0.0743



0.016

100 Ω:  Er 

0.044 



0.0425

0.0425



0.0353

200 Ω:  Er 

0.03205 



0.0319

0.0319



0.0047

K = (valor de fondo de escala)/ (# divisiones) Escala 30: k 1

30 

300



0.1

Escala 65: k 2

65 



1.08333

60

3. Interpretar las medidas y justificar los errores cometidos en cada magnitud. En la medida de los voltajes se observa poco error, al comparar la medida tomada con el multímetro y con el voltímetro analógico, los datos que no coincidieron, debieron su razón a un error de aproximación o redondeo, y a que las escalas de medida eran diferentes . Pero hay que especificar que hubo una caída de voltaje de los 15V que se especificaban en la práctica al momento de cerrar s1 este voltaje bajo a 6.42V A lo cual se procedió a realizar los cálculos con éste voltaje. En la medida de las intensidades se nota mayor error, esto se debe a la capacidad de apreciación de cada instrumento ya que la una escala (0.3A) media en amperios - se tomo la escala de 3A y el valor tomado se dividió por 10 mientras que la otra escala media directamente en mili amperios. 4. Conclusiones: Los valores de voltaje medidos en dos escalas diferentes, no coincidieron por completo, se tomaron dos valores con error cero y dos con error distinto de cero.

Los valores de intensidad medidos en dos escalas diferentes, presentaron todo error distinto de cero concluyéndose que la diferencia entre las escalas para tomar las mediciones es clave en la aceptación de un valor a tomarse. Se puede concluir que las mediciones deben tomarse cuidadosamente, con paciencia y tener presente que midiendo en escalas diferentes, la tendencia es a tomar valores que discrepan, amplia o ligeramente.

5. Recomendaciones: Deben conectarse correctamente los elementos del circuito y los correspondientes aparatos de medida, teniéndose muy en cuenta la polaridad. En lo posible debe utilizarse los instrumentos digitales en la toma de mediciones. Deben realizarse mediciones en distintas escalas para tener una idea del error que se comete en las lecturas.

6. Posibles aplicaciones. Las posible aplicaciones que se pueden dar a esta practica pueden ser, que al momento de realizar medidas para cualquier magnitud se cometa el menor error posible y identificar adecuadamente la escala que se esta utilizando. 7. Bibliografía adicional. Instrumentación Electrónica Moderna y Técnicas de Medición. William Cooper Técnicas de medición eléctricas. Siemens. Págs.29-40 MSC. Augusto Cevallos Hablemos de la electricidad Cubillo Eugenio Tecnología Eléctrica Instrumentación Electrónica Moderna y Técnicas de Medición, William D Cooper TIPPENS, Física general, 6ta edición http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua